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时隔一周，上海交通大学再发Nature！

微算云平台 · 公众号 · · 2025-02-06 07:28

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2025 年 1 月 29 日，上海交通大学发表新年首篇 Nature ！

七天之后，上海交通大学再发 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 1 多维 PbI ₂ @MOF 超晶格的结构表征。

图 2 逐步生长过程中中间体的监测。

图 3 PbI ₂ @MOF 超晶格的低剂量低温 HR-TEM 图像。

图 4 胺修饰类钙钛矿 PbI ₂ @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

时隔一周，上海交通大学再发Nature！

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