厦门大学化学化工学院郑南峰课题组在多核Cu纳米团簇的合成和应用中取得进展，相关结果“Ether-Soluble Cu53 Nanoclusters as an Effective Precursor of High-Quality CuI Films for Optoelectronic Applications”于近日发表于Angew. Chem. Int. Ed. (2019, 58(3): 835-839；DOI: 10.1002/anie.201812236)。
近年来，纳米团簇因其类分子的性质而受到广泛关注，特别是有机配体保护的币金属纳米团簇。尽管Au、Ag和Cu均属于币金属元素，相较于发展成熟的Au和Ag纳米团簇体系而言，Cu纳米团簇的研究较为缓慢，这一现状多被认为与Cu纳米团簇的不稳定性密切相关。如何合成高稳定性的Cu(I)/Cu(0)纳米团簇是金属纳米团簇领域具有挑战性的课题。有鉴于此，厦门大学化学化工学院郑南峰教授课题组发展了一种多种还原剂接力还原的新策略，成功地合成出了迄今为止最大核数的炔基保护的Cu(I)/Cu(0)纳米团簇，所制备Cu纳米团簇可在室温条件下被反应转化为高质量的CuI薄膜，作为空穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池(PSC)。
该纳米团簇的原子级精确结构由X射线单晶衍射仪和高分辨ESI-MS共同确定，具体结构式为[Cu53(RCOO)10(C≡CtBu)20Cl2H18]+ (Cu53)。Cu53为一个四套层结构(Cu3@Cu10Cl2@Cu20@Cu20)，其中二十面体@十二面（Cu10Cl2@Cu20）结构也是首次在铜纳米团簇领域被报道。Cu53具有良好的稳定性，无论是固体状还是液态，均能在空气氛围中稳定10 天以上。更为新奇的是，Cu53拥有优良的醚溶性。研究者在洁净硅片上面旋涂Cu53乙醚溶液，经过SEM和AFM表征，团簇在硅片上形成了高质量的薄膜，厚度大约为10 nm。另外，Cu53可以在室温下快速与I3-发生碘化反应，生成高晶态的CuI。由于乙醚是钙钛矿太阳能电池的优良溶剂，研究者将Cu53前驱体旋涂在钙钛矿上形成纳米团簇薄膜，并将其转化为高质量的CuI薄膜。相较于商业CuI和其他Cu纳米材料而言，醚溶性Cu53作为前驱体制备的CuI膜更为均一致密。所制备的CuI薄膜是一种优良的空穴传输层，组装的电池效率可达14.3％，在高湿度条件下，电池100小时后仍保持92％的初始效率值，而空白组在20小时内迅速退化失活。相关研究展示，醚溶性Cu纳米团簇室温转化CuI薄膜作为优异的空穴传输材料，在光伏应用领域表现出巨大潜力。
本工作由郑南峰、郑兰荪教授指导，由2016级博士生袁鹏和2015级硕士陈睿豪等合作完成。研究工作得到国家重点研发计划基金（2017YFA0207302），国家自然科学基金（21731005, 21420102001, 21890752和21721001）等项目支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.201812236
