Ligand-stabilized luminescent metal clusters, in particular, DNA-based Ag clusters, are now employed in a host of applications such as sensing and bioimaging. Despite their utility, the nature of their excited states as well as detailed structures of the luminescent metal-ligand complexes remain poorly understood. We apply a new joint experimental and theoretical approach based on QM/MM-MD simulations of the fluorescence excitation spectra for three Ag clusters synthesized on a 12-mer DNA. Contrary to a previously proposed "rod-like" model, our results show that (1) three to four Ag atoms suffice to form a partially oxidized nanocluster emitting in visible range; (2) charge transfer from Ag cluster to DNA contributes to the excited states of the complexes; and (3) excitation spectra of the clusters are strongly affected by the bonding of Ag atoms to DNA bases. The presented approach can also provide a practical way to determine the structure and properties of other luminescent metal clusters.

No abstract

Данная работа посвящена систематическому исследованию равновесных конфигураций кластеров золота и серебра размером от 2 до 9 атомов. Для найденных самых низких по энергии конфигураций проводится расчет электронных спектров возбуждения. Все расчеты проводятся в рамках теории функционала плотности (ТФП) с использованием гибридного функционала B3LYP и псевдопотенциала LANL2DZ. На основании анализа полученных электронных спектров возбуждения делается попытка подтвердить предположение, что небольшие кластеры серебра и золота, способные к люминесценции, могут образовываться только в присутствии стабилизирующей матрицы. Авторы показывают, что без стабилизации в растворе образуются «плоские» и «сферические» конфигурации, спектры которых не соответствуют экспериментальным спектрам возбуждения люминесценции для комплексов «ДНК-кластер».