新年伊始，他们连发2篇Nature！
学术
2025-02-06 15:36
美国
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2025年1月29日，上海交通大学发表新年首篇Nature！通过化学成分的空间调制构建超晶格，可以创造具有可定制的周期性潜在景观和可调谐的电子和光学性质的人工材料。传统的半导体超晶格具有一维可设计的电位调制，使高电子迁移率晶体管和量子级联激光器成为可能。最近，通过多尺度建筑单元的自组装或引导组装，人们构建了一系列不同的超晶格，包括零维纳米簇和纳米颗粒、一维纳米棒和纳米线、二维纳米层和纳米片以及混合二维分子组装。这些自组装超晶格具有二维或三维的周期性结构调制特征，但由于组成单元之间界面不可避免的结构无序，往往缺乏原子精度。在此，来自浙江工业大学的朱艺涵、美国加州大学洛杉矶分校的段镶锋以及上海交通大学的崔勇等研究者报道了由零、一维和二维建筑单元的周期性排列组成的多维单晶超晶格的一锅合成。相关论文以题为“Metal-halide
porous framework superlattices”于2025年02月05日发表在Nature上。金属有机框架材料（MOFs）作为构建高阶超晶格的新型模板，展现出广阔的应用前景。这类材料又称多孔配位网络（PCNs），其高度有序的三维结构通过网状化学原理，以配位键桥接有机配体与金属离子，构建出丰富的晶体结构。这些精心设计的纳米空间具有可调控的化学微环境，能够精准容纳不同尺寸和形状的客体分子。例如，研究者已成功将MOFs作为"晶体海绵"用于单晶X射线结构解析，无需单独培养客体分子晶体。最新研究表明，基于MOFs模板可制备具有独特磁学特性的金属卤化物二维片层，以及光催化性能增强的二氧化钛纳米颗粒。研究者预见，通过在MOFs有序孔道中控制电子/光活性材料的成核与生长，可构建化学结构高度可调的连续框架体系，从而获得具有定制化能势场和精确调控光电功能的超晶格材料。在此，本研究报道了一种一锅法合成高阶单晶多孔超晶格的新策略：通过在一系列三维锆（IV）基MOFs中限域生长特定金属卤化物（PbI₂、PbBr₂、CdI₂和NiBr₂），系统研究了孔腔尺寸、几何构型及锚定位点取向等微环境对超晶格构筑单元（从零维到二维金属卤化物晶体）的调控机制。通过单晶X射线衍射（SC-XRD）和高分辨透射电镜（HR-TEM）表征，证实了产物的精确原子排列和单晶特性。进一步用特定（手性）胺分子处理后，成功制备出具有可调光致发光和手性光学特性的类钙钛矿超晶格。该研究为构建具有定制化理化特性的多维单晶超晶格提供了创新方法。图3 PbI2@MOF超晶格的低剂量低温HR-TEM图像。图4 胺修饰类钙钛矿PbI2@MOFs超晶格的制备及光学表征。综上所述，基于有序MOF模板体系，本研究发展了一种普适性单晶多孔超晶格单锅合成策略。通过系统性研究具有可调结构基元的多孔模板，成功实现了金属卤化物构筑单元在MOF主体晶格中的多维整合，构建出包含零维、一维及二维结构单元的高阶超晶格体系。单晶X射线衍射（SC-XRD）与高分辨透射电镜（HR-TEM）技术精确解析了多孔超晶格的原子坐标信息，完整揭示了其成核生长机制。经胺基修饰的超晶格材料展现出维度依赖的光致发光特性与手性诱导的圆偏振发光效应。结合MOF模板的结构可设计性与无机构筑单元的化学多样性，该策略为构建具有可编程结构基元与组分调控的三维多孔超晶格开辟了新路径，其可定制的物理特性突破了传统晶体材料的性能边界。Zhang, W., Jiang, H., Liu, Y.et
al. Metal-halide porous framework superlattices. Nature (2025).
https://doi.org/10.1038/s41586-024-08447-0原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08447-0更多相关信息，可+群，邀您进学术圈
编辑| Andy
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