信息学院王永锋研究员课题组揭示相对论效应对外观配位作用的影响

外观有机结构因其在有机电子学的潜在应用前景受到广泛的关注和讨论。在目前普遍用于修建外观有机结构的相互作用力（包括较弱的氢键、范德华力、π-π相互作用、偶极相互作用，较强的金属-有机配位键、共价键等）中，金属-有机配位结构有助于理解磁学、气相星散以及催化等领域的一些基本征象，因此深入探讨金属原子-有机配体相互作用的内在机理是很有需要的。

近日，北京大学信息科学技术学院、纳米器件物理与化学教育部重点实验室“海外青年高条理人才计划”（“千人计划”）研究员王永锋课题组与侯士敏教授等合作，以外观物理化学研究中最常用的金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）为例，揭示了相对论效应对金属原子与含氮类有机分子配位产生影响的详细机制。实验发现，只有金、铜原子可与双吡啶类分子中的氮原子形成配位键，而银原子无法和氮原子结合获得配位结构，有机分子只以氢键体例结合。结合第一性原理计算的效果注解，金原子因为相对论效应产生的6s和5d轨道收缩程度显明强于银原子最外层轨道的收缩程度，使得外观上的金原子比银原子更易于与氮原子上的孤对电子发生轨道杂化，形成稳固的配位相互作用，从而造成金、银配位活性反转的征象。相干研究成果以《相对论效应对金、银、铜外观双吡啶分子组装结构的影响》（Influence of relativistic effects on assembled structures of V‑shaped bispyridine molecules on M(111) surfaces where M=Cu, Ag, Au）为题，发表于《美国化学会▪纳米》（ACS Nano，11(8) : 8511-8518）；完成实验部分的信息学院博士研究生张雪、助理研究员李娜并列第一作者，理论部分由另一位博士研究生王昊完成，王永锋、侯士敏并列通信作者。玛丽▪居里-斯克罗多夫斯卡大学PawełSzabelski教授等也参与了研究。

这项研究结合相对论效应和配位轨道理论，深入分析外观结构形成机制，对后续外观纳米结构的正确制备具有引导意义，得到了国家天然科学基金、国家庞大科学研究计划等资助。

编辑：白杨