超四面体金属硫族团簇，被视为立方相硫化锌的精确结构碎片，桥连了量子点与原子/分子尺度之间的鸿沟，在半导体纳米材料中占据关键位置。然而，该类团簇易形成热力学稳定的Td对称构型，且传统结构固有的负电荷，导致其溶解性差、易团聚，限制了团簇在溶液加工中的应用。
近日，中国科学院福建物质结构研究所提出“有机胺配位—有机锡封端”协同组装策略，合成出两类电中性的超四面体金属硫族团簇，实现了<50 nm线宽的高分辨率图案。
研究通过设计多元胺分子与锌离子配位，并结合丁基锡对团簇顶点封端效应，在分子尺度上精准中和了超四面体团簇簇核的固有负电荷，构筑了包含14个金属位点的四元金刚烷型团簇和包含20个金属位点的八元金刚烷型团簇。后者是目前已报道的核数最大的中性超四面体团簇，其分子对称性为C2v，突破了传统该类簇固有的Td对称性限制，展示了多元胺—有机锡化学协同策略对簇结构的调控能力。
电中性及表面有机修饰赋予该类团簇卓越的溶液加工性能。其中，OA-S型团簇在DMF有机溶剂中具有高溶解度，可通过旋涂制备出均匀、平整的薄膜。作为电子束光刻胶应用时，八元金刚烷硒簇展现出优异的性能，在较低剂量下即可实现50 nm以下线宽的高分辨率刻蚀图案，且灵敏度高于对应的硫簇。这归因于硒元素具有更大的光吸收截面，能够更高效地利用曝光能量。机理研究表明，曝光引发Sn-C键断裂及配体氧化降解，导致团簇结构解离并转化为硒化物纳米颗粒，从而实现负性图案成型。
这项工作丰富了超四面体团簇的结构多样性，发展出构筑电中性金属硫属团簇的新方法。
相关研究成果发表在《德国应用化学》上。
论文链接
研究构筑出有机锡硫属簇
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