纳米团簇是通常存在于纳米尺度上的晶体材料。它们由原子或分子与钴、镍、铁和铂等金属结合而成，并在不同领域发现了一些有趣的应用，包括药物输送、催化和水净化。
NC尺寸的减小可以释放额外的潜力，从而实现单原子催化等工艺。在这种情况下，有机分子与单个过渡金属原子的配位显示出该领域进一步发展的前景。
进一步减小NC尺寸的一种创新方法是将金属原子引入平坦表面上的自组装单层薄膜中。然而，至关重要的是要谨慎行事，以确保这些表面上金属原子的排列不会破坏这些单层薄膜的有序性。
现在，在最近发布在《材料化学杂志C》上的一项研究，来自千叶大学工程研究生院的Toyo Kazu Yamada博士，以及来自国立清华大学化学工程系的Masaki Horie，来自分子科学研究所的Satoshi Kera， 和同样来自千叶大学工程研究生院的Peter Krüger展示了钴原子在室温下分子环阵列上的表面生长。
与我们讨论这一进步。Yamada博士说：“这种具有原子级精度的功能纳米团簇形成的先进方法可用于开发高效催化剂或量子计算。
在这项研究中，研究小组使用了称为“冠醚”的环形分子结构，其中包含苯和溴环。这些结构用于在平坦的铜表面上捕获和生长钴NC。得到的钴NC有两种尺寸，1.5 nm和3.6 nm。为了进一步了解它们的性质和结构，采用了各种技术，包括低温扫描隧道显微镜和光谱、具有低能电子衍射的角度分辨光电子能谱和密度泛函理论计算。
分析揭示了钴原子可以附着的稳定表面位点的形成。此外，还发现这些稳定表面位点的形成受到冠醚和钴之间的电子杂化的影响。一旦钴原子被捕获，它就会像成核中心一样，吸引其他钴原子形成NC。此外，与冠醚分子在溶液中的通常行为不同，这些分子不会将金属原子捕获在冠环的中心。相反，金属原子位于边缘，因为该位置存在溴原子。
在讨论这些发现的长期潜力时，山田博士说：“在单原子催化、自旋电子介质小型化和量子计算等应用中使用这种方法将有助于以减少二氧化碳产生的方式发展信息化社会。
总之，该团队通过利用二维冠醚分子在铜表面上的捕获潜力，成功地证明了钴NC的生长。冠醚分子的化学行为偏离了在溶液中观察到的典型相互作用，将钴原子捕获在边缘而不是中心。重要的是，该方法证明了在室温下有效和大规模生产具有明确尺寸和形态的NC。
