Nature Communications于2020年8月21日发表了我所张猛副研究员和余睽教授的0-1原创科研成果，水相半导体CdS幻数团簇（magic-size clusters, MSCs）的室温合成及其形成路径假说。《物理化学学报》于2020年9月4日对该研究进行了专题报道。

研发水相半导体MSCs的合成新方法是一个极为重要同时又极具挑战的课题。水相合成较有机相合成更符合绿色化学的标准，具有环境友好、低毒性、低成本、操作简便等优点。然而，水溶液中离子环境的复杂性，反应温度受水的沸点的限制；在该项研究工作发表之前，文献仅有水相CdSe MSCs合成方法的报道，该方法存在反应物稳定性差，反应周期长等缺陷。胶态半导体MSCs具有神奇的原子数、空间结构、和稳定性，它们的形成路径与胶态半导体量子点（quantum dots, QDs）的成核和生长过程紧密关联。因此，MSCs新合成技术的发展和其形成路径的深入研究，对于丰富和完善半导体QDs的经典和非经典成核理论，探讨半导体纳米材料的构效关系，推进半导体QDs的应用研究，有着重大意义。

针对上述科学问题，张猛副研究员和余睽教授以稳定的CdCl₂为镉源、硫脲为硫源、3-巯基丙酸（MPA）为配体，原创性的使用水溶性小分子伯胺化合物（如丁胺），辅助水相反应体系在室温生成CdS MSC-360（征吸收峰在360 nm附近）。丁胺的使用是该室温合成、反应周期较短的新方法的关键。研究指出，CdCl₂与MPA在碱性条件下形成Cd-MPA复合体，该复合体与硫脲配位，活化硫脲；丁胺诱导活化的硫脲在室温条件下分解，形成Cd-S化学键，进一步生成CdS MSC-360。这一合成方法及反应机理的提出，为水相QDs及MSCs的制备提供了新的思路。

对于该水相反应的反应机理，张猛博士和余睽博士提出了三个重要假说：（1）Cd-MPA复合体在一定浓度以上会发生自组装；生成的直径大于100 nm的自组装体分隔了反应物和水溶液相中的小分子丁胺，阻碍了硫脲的室温分解。该自组装行为，是该水相反应和现阶段水相合成QDs使用较低反应物浓度的原因。（2）伯胺促进了CdCl₂--硫脲复合物中已活化的硫脲的室温分解，以及无特征光学吸收的MSC的前驱化合物（precursor compounds，PCs）向MSCs的转化。（3）水相和有机相半导体MSCs的反应形成路径相同，都是由其对应的没有特征光学吸收、类同分异构体的PCs转化而来的。

CdS MSC-360的水相室温合成和反应路径探索，拓展了半导体纳米材料领域的MSC和QD的合成方法，推广了半导体QD余氏二步演化路径模型的应用，为半导体纳米材料的合成技术发展成为一个完整的科学体系，提供了翔实的水相科学实验数据支撑和坚实的水相科学理论基础。

水相CdS MSCs的室温合成及形成路径探索。（a）CdCl₂（镉源），硫脲（TU，硫源），和3-巯基丙酸（MPA，配体）在有丁胺（BTA）的碱性水溶液中，生成吸收峰位在360 nm附近的CdS MSC-360；（b）当反应物投料比保持不变，CdCl₂的浓度 ≥ 4.0 mM时, CdS MSC-360的形成被抑制，有反应物的自组装发生；（c）提纯后的CdS MSC-360在去离子水中，其特征吸收峰的强度逐渐减弱；CdS MSC-360转化为其对应的没有特征光学吸收的PCs；（d）放置一天的该水溶液样品与等体积BTA混合，CdS MSC-360的特征吸收峰逐渐恢复；BTA协助PCs转回CdS MSC-360。

我所副研究员张猛和硕士研究生万武双同学为该论文的共同第一作者，余睽教授为该论文的唯一通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、四川省科技厅应用基础研究项目、高分子材料工程国家重点实验室自主课题探索项目、国家博士后科学基金特别资助（站中）和四川大学专职博士后研发基金等经费支持。

●  论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-18014-6

● 《物理化学学报》专题报道链接：http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/abstract/abstract35997.shtml

●  课题组介绍：http://iamp.scu.edu.cn/scuwlyugrup/index.html