大自然的奥妙之一在于它创造一些物种，具有相同的组成，却具有不同的结构（包括结构异构、手性异构等），这些异构体为人们理解结构与功能的关系提供了极好的材料。同分异构现象在有机化合物中很常见。对于纳米粒子而言，是否存在的异构现象，这是非常有趣的问题。但由于纳米粒子（甚至其它纳米材料）原子排列表征比较困难，阻碍了人们对纳米粒子异构现象的进一步认识。早在2004年，沈阳金属所的卢柯院士就发现了孪晶（Science, 2004），这暗示了纳米材料中可能存在这些异构现象，诺贝尔奖获得者Roger D. Kornberg教授，在2007年第一次用单晶X-射线衍射揭示了超小纳米粒子Au₁₀₂中的手性异构现象（Science，2007）。国家纳米中心的唐智勇课题组也发现了纳晶中的手性异构现象（J. Am. Chem. Soc.，2010）。而Gruene等人预言气相团簇中存在异构现象（Science，2008），另外，多个小组也从理论上预言了超小纳米粒子（纳米团簇）中同分异构现象的存在。然而，到目前为止，还没有人从实验上获得纳米粒子中的同分异构体。

最近，伍志鲲研究员课题组通过精细调控反应条件，成功获得了一种常温较稳定的新纳米团簇（简称为Au_38T），与2010年卡内基梅隆大学的Rongchao Jin教授课题组报道的Au₃₈(SC₂H₄Ph)₂₄（简称为Au_38Q， J. Am. Chem. Soc.，2010。注： T和Q分别为两个工作的第一作者姓的首写字母）有着完全相同的组成，但是经过单晶X-射线分析，这两种金纳米团簇具有完全不同的原子排列方式，从而从实验上首次证实了纳米粒子中同分异构现象的存在。（图1）。

图1. 金属纳米粒子中的同分异构体Au_38T（图中左侧分子）与Au_38Q（图中右侧分子）的示意图 

尽管这两种Au₃₈金属纳米粒子组成完全一样，但是其同分异构体具有明显不同的催化活性：Au_38T能够在低温（0℃）催化对硝基苯酚的还原，30分钟内可获得44%的产物，并且可循环使用15次以上；而Au_38Q在同样的条件下，却不能催化该反应（图2）。此外，这两种Au₃₈异构体之间能发生转化：在50℃条件下，Au_38T会不可逆地慢慢转化成Au_38Q（图2）。有关研究还在进一步探索中。

                             图2. Au_38T与Au_38Q之间不可逆的转化及其催化性能差异 

国内外合作小组提供了质谱、X-射线单晶衍射等重要实验数据和结构方面的重要理论支持。硕士生田书博是本文的第一作者；催化方面的工作由助理研究员李漫波完成。该工作得到国家基金委（21222301，优青基金）、科技部（2013CB934302）、中国科学院（国际创新团队，百人计划）以及合肥物质中心（2014FXCX002）等项目的支持。

文章链接：http://www.nature.com/ncomms/2015/151020/ncomms9667/full/ncomms9667.html