超四面體金屬硫族團簇，被視為立方相硫化鋅的精確結構碎片，橋連了量子點與原子/分子尺度之間的鴻溝，在半導體納米材料中占據關鍵位置。然而，該類團簇易形成熱力學穩定的Td對稱構型，且傳統結構固有的負電荷，導致其溶解性差、易團聚，限制了團簇在溶液加工中的應用。
近日，中國科學院福建物質結構研究所提出“有機胺配位—有機錫封端”協同組裝策略，合成出兩類電中性的超四面體金屬硫族團簇，實現了<50 nm線寬的高分辨率圖案。
研究通過設計多元胺分子與鋅離子配位，并結合丁基錫對團簇頂點封端效應，在分子尺度上精準中和了超四面體團簇簇核的固有負電荷，構筑了包含14個金屬位點的四元金剛烷型團簇和包含20個金屬位點的八元金剛烷型團簇。后者是目前已報道的核數最大的中性超四面體團簇，其分子對稱性為C2v，突破了傳統該類簇固有的Td對稱性限制，展示了多元胺—有機錫化學協同策略對簇結構的調控能力。
電中性及表面有機修飾賦予該類團簇卓越的溶液加工性能。其中，OA-S型團簇在DMF有機溶劑中具有高溶解度，可通過旋涂制備出均勻、平整的薄膜。作為電子束光刻膠應用時，八元金剛烷硒簇展現出優異的性能，在較低劑量下即可實現50 nm以下線寬的高分辨率刻蝕圖案，且靈敏度高于對應的硫簇。這歸因于硒元素具有更大的光吸收截面，能夠更高效地利用曝光能量。機理研究表明，曝光引發Sn-C鍵斷裂及配體氧化降解，導致團簇結構解離并轉化為硒化物納米顆粒，從而實現負性圖案成型。
這項工作豐富了超四面體團簇的結構多樣性，發展出構筑電中性金屬硫屬團簇的新方法。
相關研究成果發表在《德國應用化學》上。