上海交通大学化学化工学院教授崔勇团队联合美国加利福尼亚大学洛杉矶分校教授段镶锋团队、浙江工业大学教授朱艺涵团队，围绕配位模板驱动原位组装策略，利用锆（Zr）基金属有机框架（MOF）模板实现了金属卤化物亚晶格的定向成核生长，成功构筑了一系列新型多维单晶多孔超晶格框架，并实现了超晶格材料的手性转换与手性光功能调控，为手性材料的构筑与应用开辟了新的思路与方法。2月6日，相关研究发表于《自然》。

超晶格材料能够通过设计和调控周期性势能及高精度层状结构，实现可调的电子和光学特性，在二维电子气、高电子迁移率晶体管、量子级联激光器等领域得到广泛应用。如今，超晶格材料正从传统的半导体超晶格向多尺度构筑单元的自组装体系转型。发展新的合成策略，实现单晶超晶格的制备与结构解析，是配位化学、合成化学和材料化学等交叉学科中的关键挑战之一。

为解决单晶超晶格研究中的科学难题，研究团队提出了“MOF模板”策略，基于Zr-MOF配位模板，利用Zr簇不饱和配位节点的导向作用，成功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Zr-MOF框架内，原位限域生长的金属卤化物与MOF模板晶格精准复合，成功制备出多维度的单晶超晶格框架。

值得一提的是，MOF孔道环境（如腔体的大小和形状以及相邻结合位点的方向）在调整金属卤化物亚晶格的维度方面发挥了关键作用，且该框架具有精确原子坐标的高阶超晶格结构。

为进一步探究限域成核的生长机制，研究团队进行了时间依赖的成核控制实验，跟踪和监测碘化铅（PbI₂）在MOF中的原位生长过程。结果显示，在不同胺类分子的修饰下，类钙钛矿超晶格表现出维度依赖的光致发光和手性诱导的圆偏振发光性能。这种结构/维度依赖的光电性能可以极大地推动光电子学的发展，在量子计算、安全通信和高效显示器方面具有潜在应用价值。（来源：中国科学报 江庆龄）

PbI ₂@MOF超晶格的低剂量高分辨电子显微成像。图片由研究团队提供

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08447-0