2025年2月6日迪士尼彩乐园负责人，海外顶级学术期刊Nature发表了崔勇教师团队偏激配联合伴的接头恶果「金属-卤化物多孔框架超晶格」(Metal-halide porous framework superlattices)。上海交通大学化学化工学院、变革性分子前沿科学中心和金属基复合材料国度重心实际室为第一完成单元, 博士接头生张文强同学为第一作家。上海交通大学化学化工学院崔勇教师、好意思国UCLA段镶锋教师以及浙工大朱艺涵教师为共同通讯作家。华中科技大学李德慧教师、新加坡国立大学姜建文教师以及中国科学时代大学张群教师分袂在手性光学接头、分子能源学模拟和超快光谱实际方面提供了遑急提拔。
超晶格材料通过瞎想和调控周期性势能及高精度层状结构，概况完竣可调的电子和光学特质，在二维电子气、高电子搬动率晶体管、量子级联激光器等规模获得平时应用。传统的生万古间，如分子束外延和化学气相千里积，固然概况完竣亚纳米级厚度的调控，但这限制了超晶格材料的进一步发展。如今，超晶格材料正从传统的半导体超晶格向多设施构筑单元（如纳米颗粒、纳米线、纳米片和分子）的自拼装体系转型。自拼装超晶格的组分时时局限于归并维度及疏导或互补拓扑结构的构筑单元，这一定进程上制约了超晶格结构的千般性偏激功能的可调性。由不同维度构筑单元拼装而成的异质/异维度超晶格，能带来全新的电子、光学及量子特质，极大丰富了超晶格家眷；尤其关于手性超晶格材料，其在手性光学器件、手性电子学器件以及手性超导材料等规模展现出雄壮的应用后劲。然则，由于构筑单元界面间的结构无序性，单晶态、多维度超晶格的精确合成与原子级结构表征极为坚苦。因此，发展新的合成战略，得胜完竣单晶超晶格的制备与结构默契，成为配位化学、合成化学和材料化学等交叉学科中的短处挑战之一。
上海交通大学崔勇教师团队遥远辛劳于于手性齐集和结晶接头，专注于非均相不合称催化、手性分离及光电功能材料器件的立异。团队通过发展新式手性多孔材料，鼓吹了洽商规模的快速进展（Nat. Synth., 2025, 4, 43–52；Nat. Chem.2024, 16, 1398–1407；Nature2022, 602, 606–611；Chem. Rev., 2022, 122, 9078–9144；J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 31807-31815）。为惩处前述单晶超晶格接头中的科学难题，团队建议了「MOF模板（MOF templates）」战略，基于Zr-MOF配位模板，愚弄锆簇不弥散配位节点的导向作用，得胜合成了多系列高度有序的单晶多孔超晶格框架。在不同三维锆基MOF框架内，原位限域滋长的金属卤化物（如PbI₂、PbBr₂、CdI₂和NiBr₂）与MOF模板晶格精确复合，得胜制备出多维度的单晶超晶格框架。同期，超晶格材料的手性调养与手性光功能调控得以完竣，为手性材料的构筑与应用设备了新的想路与法子。
图1 | 多维度超晶格的结构表征。
接头团队展示了MOF孔说念环境（如腔体的大小和形状以及相邻结合位点的认识）在调养金属卤化物亚晶格的维度方面（零维、一维、二维）阐扬了短处作用。这些超晶格晶体通过单晶X射线衍射（SC-XRD）和低剂量高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）进行表征（图2），迪士尼彩乐园平台如何证据了该框架具有精确原子坐标的高阶超晶格结构。
图2 | PbI2@MOF超晶格的低剂量高分辨电子显微成像。
为进一步探究限域成核的滋长机制，接头团队进行了时期依赖的成核限制实际，追踪和监测PbI₂在MOF中的原位滋长经过。以PCN-606为例，如图3所示，从SCXRD数据中不错精确地监测PbI₂亚晶格的变成经过，从部分填充的零维纳米簇（PbI₂@PCN-606-I、II、III）或一维纳米片（PbI₂@PCN-606-IV），幽闲演变为透彻填充的二维纳米层（PbI₂@PCN-606-V）。
图3 | 二维PbI₂@PCN-606超晶格原位限域滋长。
基于PbI₂类材料的光电性能以及单晶PbI₂@MOF超晶格的多孔特质，作家愚弄简便的分子扩散法，将有机胺配体引入到多孔超晶格框架中，变成了类有机-无机杂化钙钛矿结构，从而改造了超晶格的电子能带结构、电荷载流子能源学以及光致发光性能。在不同胺类分子的修饰下，类钙钛矿超晶格表闪现维度依赖的光致发光和手性熏陶的圆偏振发光性能（图4）。其中，手性偏振比P值高达29%，是现在有机无机碘化铅杂化材料中最高水平，这关于自旋电子建树和先进光子系统的发展至关遑急。这种结构/维度依赖的光电性能不错极地面鼓吹光电子学的发展，在量子臆想打算、安全通讯和高效闪现器方面具有潜在应用价值。
从这几点可以看到有冲动的意向，属于投机主义。
图4 | 胺修饰的类钙钛矿PbI₂@MOFs超晶格的制备及光学性能表征。
要而论之，该接头围绕配位模板运行原位拼装战略伸开，愚弄锆基金属有机框架模板完竣金属卤化物亚晶格的定向成核滋长，得胜构筑了一系列新式多维单晶多孔超晶格框架。通过精确的单晶结构默契，揭示了超晶格的复杂结构偏激与功能之间的构效相关，进一步发达了限域原位滋长机理，权臣擢升了超晶格的踏实性。接头还得胜引开首性胺制备了手性类钙钛矿超晶格，完竣材料的手性调养与手性发光功能调控。基于MOF模板和无机构筑单元的千般性，本接头设备了构建高阶单晶多孔超晶格的新平台，杰出传统晶体固体，为调控超晶格材料的手性、电子、光学和量子特质提供了新的想路和遑急基础。
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--上海交通大学迪士尼彩乐园负责人