2024 年 10 月 17 日，郑州大学学术副校长、化学学院院长臧双全在科普中国·星空讲坛“魅力化学无限可能”主题场带来演讲《神奇的币金属》。

以下为臧双全的演讲节选：

“币金属”通常指的是用于制造硬币的金属材质。常见的“币金属”包括铜、金、银等。

PART1 “币金属”的化学特性及应用

币金属在现代化工业中扮演着不可或缺的角色。首先，它们普遍具有良好的导电性，铜质的电线和印刷电路板在生活中随处可见，而银和金也常用于制作特种导线。在我们的手机、电脑等设备中，这些金属的身影无处不在。尽管金的价格远高于银和铜，但其出色的化学稳定性使得黄金薄膜在微电子领域中被广泛用于制造高精度的电子线路和尾型电路，确保电子设备的稳定运行。此外，币金属在航空航天领域也应用广泛，因其耐高温和耐腐蚀的特性，常用于制造飞机或航天器的器件。黄金薄膜还可用于制造航天器的太阳能电池板，提高其能量转换效率和耐久性。

除了以上通性，币金属还各有特点。例如，铜的热传导性非常好，因此可以作为散热器材料，应用于空调、汽车、电子产品等的制造。铜还因其出色的抗腐蚀能力，成为造船的标准材料之一，而且在日常使用中，铜管作为传统水管件也是最耐用的。而银呢，具有高的高光反射性，可以用于制造精密光学镀膜、反射镜等关键部件，在显微镜、天文望远镜这些制造中不可或缺。高纯度的银粉是制造银浆的主要材料，用于光伏电池的制造，每个光伏电池中大约含有20克的银。金箔具有强烈反射和散射红外光的能力，可以用于红外线探测仪和反导弹装置的制造。

在生命科学领域，币金属同样不可或缺，例如，铜是人体必需的微量元素，参与血红蛋白和铁的代谢，影响铁的吸收和储存，因此在缺铁时，我们不仅需要补铁，还需要补铜。铜还参与构成许多酶和活性蛋白质，与DNA结合，维持核酸结构的稳定性。正常人体内的含铜总量约为100-150毫克，其中约50%-70%在肌肉和骨骼中，20%在肝脏中，5%-10%在血液中，少量存在于铜酶中。成年人每日需摄取2毫克铜以满足生理需要，否则铜的缺乏可能导致一系列严重的健康问题。

银的作用大家可能比较熟悉，它是一种天然、安全、高效的抗菌材料。在当今的医疗体系中，银制品被广泛使用，例如0.5%的硝酸银溶液用于烧伤和创伤治疗，1%的硝酸银用于眼药水，10%的硝酸银涂抹用于治疗多种溃疡，镀银物质可制作缝合线、导管、敷料、水杯等。美国宇航局（NASA）将银认定为最安全的灭菌剂，以银作为主要材质制作宇宙船饮水容器和净化器。全球半数以上的航空公司选择以银为主的纯水系统。

黄金在医学上的应用也有数千年的历史，其延展性、稳定性和生物相容性使黄金广泛应用于牙科领域，用于牙齿修复。金合金制成的植入体在现代医学中被广泛应用到多个领域，包括神经修复、心脏起搏器等。此外，金还可以作为疾病检测，在新冠疫情期间，我们使用的抗原检测就是用抗体修饰的胶体金作为显色成分，用以判断是否存在待测的新冠特征标记物。

PART2 化学，让币金属有无限的可能

利用化学家的双手，“币金属”又被赋予了更多的优异性能。

化学，也称为分子科学，其本质就像用原子搭积木，排列组合制造出新的分子，获取新的性能。在我们的研究中，我和我的研究团队利用币金属原子搭积木，制造了具有多样结构的新型币金属团簇。例如，我们将六个银原子按照正八面体的方式组合，并用有机小分子固定，得到了极强亮度的银簇分子，这种分子具有高达95%的量子产率，能将吸收的几乎全部光转换为另一种波长的光并发射出来，是一种非常有潜力的发光材料。在照明显示、发光传感、生物成像等领域展现出极佳的应用前景，也是我们实验室制备的代表性明星团簇分子之一。

再比如，我们将四个金原子按照平行四边形的方式组合，并用有机分子固定，得到一种高亮度的金团簇分子。由于金元素是一种重元素，能有效地吸收高能射线，使得这种金团簇不仅在紫外光照射下可以发光，在X射线照射下也可以发出明亮的绿光。这种能将高能射线转化为发光的材料，我们称之为闪烁体材料，团簇闪烁体因其优异的特性，在X射线检测仪、医疗放射成像仪器，甚至宇宙空间中的高能粒子探测中都显示出广泛的应用前景。

前面的例子都是关于币金属简单的团簇分子。那么，我们能否搭建更复杂的团簇结构呢？答案是肯定的。

我们首先构筑了一个由十二个银原子组成的银簇，通过有机分子作为桥梁将这些银簇连接在一起，得到了具有三维立体结构的团簇框架材料，就像用团簇作为砖头垒起的高楼大厦。这也是国际上首例报道的团簇基框架材料。

有趣的是，这些团簇基框架材料中存在许多孔洞，这些孔洞可以容纳氧气、氮气等空气中的分子。当氧气没有进入孔洞时，材料会发光，而一旦氧气分子进入孔洞，发光就会消失。通过测试这些框架材料的发光性能，我们可以直观了解环境中氧气的含量，也就是说，这种团簇基框架材料是一种非常好的氧气传感器，能探测到环境中百万分之一的氧气。

如大家所见，无论是本身的元素特性还是特定的原子组合，币金属总能给我们带来各种惊喜。从古至今，从常见的生活用品到各种高精尖装备，从发光材料到深空探测，币金属展现了无限的应用可能。然而，对于币金属还存在许多未知领域，例如币金属在生命过程中还有哪些不为人知的重要影响？单个团簇的体积能有多大？它的极限在哪里？我们都不知道。币金属团簇作为催化剂还能展现出哪些振奋人心的特点？这都还有待未来去探索发现！

来源: 科普中国说

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