科學家開發單晶超晶格制備新策略
上海交通大學化學化工學院教授崔勇團隊聯合美國加利福尼亞大學洛杉磯分校教授段鑲鋒團隊、浙江工業大學教授朱藝涵團隊，圍繞配位模板驅動原位組裝策略，利用鋯（Zr）基金屬有機框架（MOF）模板實現了金屬鹵化物亞晶格的定向成核生長，成功構筑了一系列新型多維單晶多孔超晶格框架，并實現了超晶格材料的手性轉換與手性光功能調控，為手性材料的構筑與應用開辟了新的思路與方法。2月6日，相關研究發表于《自然》。
超晶格材料能夠通過設計和調控周期性勢能及高精度層狀結構，實現可調的電子和光學特性，在二維電子氣、高電子遷移率晶體管、量子級聯激光器等領域得到廣泛應用。如今，超晶格材料正從傳統的半導體超晶格向多尺度構筑單元的自組裝體系轉型。發展新的合成策略，實現單晶超晶格的制備與結構解析，是配位化學、合成化學和材料化學等交叉學科中的關鍵挑戰之一。
為解決單晶超晶格研究中的科學難題，研究團隊提出了“MOF模板”策略，基于Zr-MOF配位模板，利用Zr簇不飽和配位節點的導向作用，成功合成了多系列高度有序的單晶多孔超晶格框架。在不同三維Zr-MOF框架內，原位限域生長的金屬鹵化物與MOF模板晶格精準復合，成功制備出多維度的單晶超晶格框架。
值得一提的是，MOF孔道環境（如腔體的大小和形狀以及相鄰結合位點的方向）在調整金屬鹵化物亞晶格的維度方面發揮了關鍵作用，且該框架具有精確原子坐標的高階超晶格結構。
為進一步探究限域成核的生長機制，研究團隊進行了時間依賴的成核控制實驗，跟蹤和監測碘化鉛（PbI2）在MOF中的原位生長過程。結果顯示，在不同胺類分子的修飾下，類鈣鈦礦超晶格表現出維度依賴的光致發光和手性誘導的圓偏振發光性能。這種結構/維度依賴的光電性能可以極大地推動光電子學的發展，在量子計算、安全通信和高效顯示器方面具有潛在應用價值。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08447-0
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