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圖1. 使用各種方法穩定的AuNCs和超蕃分子籠穩定的AuNCs（本工作）

近日，湖南大學何清教授團隊在鐵蛋白分子的啟發下，開發了一種具有準封閉內腔的超蕃分子籠TBN-Superphane（圖1e），可有效防止AuNCs的聚集。超蕃與Au³⁺結合并原位還原后，得到的AuNCs（Au₁₈）具有均一的尺寸分布和優異的穩定性。固態AuNCs@ TBN-Superphane表現出快速的光響應、高光熱轉化能力和穩定性，808 nm下的光熱轉換效率可達92.8%。一個標準太陽光下的水蒸發速率達2.35 kg m^-2 h^-1，太陽能蒸汽效率為95.1%，同時具有優異的耐鹽性，在實際海水蒸發中性能依舊得到保持。這是首個利用分子籠穩定金納米團簇（AuNCs）并應用于光熱轉化的實例，其光熱轉換效率和太陽能蒸汽生成速率接近文獻報道的最高水平。該結構不僅為精確調控超穩定AuNCs的制備提供了高效策略，并展示了其在光熱轉化領域的優越性能，更突出了其在能源與環境應用中的潛力。這一突破為開發下一代清潔水生產和可再生能源收集材料奠定了基礎。 

圖2. 超蕃TBN-Superphane的合成路線(S)-TBN-Superphane的晶體結構

作者基于聯萘單元，制備出具有噻吩基團的醛類前體，通過動態共價鍵合成了超蕃分子籠(R)/(S)–TBN–Superphane（圖2），有機溶液中的不對稱因子可達4.6 × 10?3。晶體結構顯示(R)/(S)–TBN–Superphane具有近乎完美的鏡像對稱結構和近乎封閉的空腔，內部具有多達36個金屬配位位點，能對Au³⁺進行有效結合。還原后得到具有較窄尺寸分布的AuNCs@TBN–Superphane（4.03 ± 0.20 nm），符合晶體結構中二聚體尺寸，室溫下能穩定5個月以上不聚集。XPS證明Au³⁺被有效且完全還原，EDS、FTIR、¹H NMR等均表明TBN–Superphane對AuNCs完全包裹。ESI–MS中[M + 6 H?O + 3 MeOH + Au?? + 7 H?]??的出峰表明AuNCs@TBN–Superphane中超蕃籠以亞胺形式存在，籠內18個金原子聚集形成Au₁₈簇。優化后的結構顯示，18個金原子的聚集體完全與TBN–Superphane的中心空腔相匹配，直徑約為19.96 ?，與高分辨TEM觀察結果完全一致。這些發現證實了金納米團簇在TBN–Superphane框架內的成功封裝，產生了分子精確且幾乎孤立的納米結構——類似于由鐵蛋白封裝的鐵團簇。

圖3. AuNCs@TBN-Superphane的制備、相關表征和理論模擬

圖4. AuNCs@TBN-Superphane光熱性能測試

AuNCs@TBN–Superphane的固體紫外光譜表明其具有優異的光吸收能力（圖3）。激光（808 nm，0.5 W/cm²）照射下展現出快速的光響應和熱轉化能力，3 s內即可升溫至120?C，15 s內穩定在150?C，激光關閉后20 s內迅速降至室溫。表面溫度和激光功率呈正相關，20次循環照射光熱性能不發生下降，光熱轉換效率為92.8%，其效率和耐久性超過了大多數光熱材料。進一步將AuNCs@TBN–Superphane用于太陽能制汽和海水凈化。在一個標準太陽光照射下具有2.35 kg m^-2 h^-1的水蒸發速率和95.1%的太陽能蒸汽速率，具有優異的穩定性和耐鹽性，即使在海水中20次蒸發循環性能也不發生下降。作者使用簡易裝置測試了其在真實環境中的海水凈化能力。AuNCs@TBN–Superphane展示出16.82  kg·m^-2（太陽光照8 h）的總淡水產量，收集得的淡水符合WTO飲用水標準。

圖5. 自然環境下AuNCs@TBN–Superphane海水凈化性能測試

總之，本文通過動態亞胺共價策略，開發了一種具有近乎封閉空腔的超蕃分子籠TBN-Superphane，能夠穩定金納米簇(AuNCs)，具有優異的尺寸控制和穩定性，有效防止了金納米團簇的聚集，確保了尺寸的均勻性和長期穩定性。具有快速光響應和光熱轉換能力，激光照射下的光熱轉換性能可達92.8%（808 nm，0.5 W/cm²），一個標準太陽光下的水蒸發速率為2.35 kg m^-2 h^-1，太陽能蒸汽效率達95.1%，海水中循環蒸發20次性能不發生下降。這些發現為金納米簇的封裝和開發其在能源轉換和海水凈化中的能力提供了一種可持續的解決方案，以應對清潔能源和淡水生成方面的全球挑戰。

何清，湖南大學教授、博士生導師、國家海外高層次青年人才、湖湘高層次人才聚集工程–創新人才。2010年7月于湖南師范大學制藥工程系獲學士學位；2015年7月于中國科學院化學研究所獲得理學博士學位；2015年7月–2019年3月在（美國）德克薩斯大學奧斯汀分校化學系從事博士后研究（合作導師為Jonathan L. Sessler教授）；2019年入選國家海外高層次人才青年項目回國工作，任湖南大學化學系教授。主持/承擔國家自然科學基金面上項目、青年項目及國家重點研發計劃子課題等多項課題。主要研究方向為超分子化學和新型功能材料，包括分子籠化學（超蕃化學與塔籠化學）、新型非共價相互作用力、先進超分子材料（非多孔非晶態超吸附材料、超分子離子傳導膜）和超分子分離技術。在Sci. Adv.、Nat. Commun.、Chem.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Sci.、Adv. Energy Mater.、Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Acc. Chem. Res.、Coordin. Chem. Rev.、CCS Chem.等國際著名期刊上發表學術論文60余篇，申請/授權專利8項。榮獲2025年度“Thieme Chemistry Journals Award”國際學術獎。目前擔任《四面體》（Tetrahedron）和《四面體快報》（Tetrahedron Letters）青年編委、《Tetrahedron Chem》客座編輯。