【复材资讯】2025年复旦大学第三篇Science文章！

03-08 06:25

科学背景

纳米颗粒被称为“人造原子”。基于其可控组装的超晶格(或超晶格)是一种在能源、催化、力学、光电器件、生物医药等领域具有重要应用价值的晶体对称介观凝聚物。但是，如何模拟原子成键，驱动颗粒之间的选择性识别和方向性键合，是实现超晶格材料可编程设计的重要挑战。此外，超晶格领域的前沿研究主要由欧美研究团队主导，大部分集中在球形或凸多面体纳米颗粒的研究上。

创新成果

针对上述问题，2025年2月27日，复旦大学化学系董安钢、李同涛团队联合高分子科学系李剑锋团队和新加坡南洋理工大学倪冉团队另辟蹊径，报道了基于曲率介绍的纳米粒子超级晶格的研究，提出使用非凸起（nonconvex）通过调节颗粒局部曲率，纳米颗粒构建基元，创造颗粒间定向相互作用，具有类原子价键特征。非凸形哑铃形纳米晶体表现出全球连锁自组装行为，由曲率引导耗尽相互作用控制。非凸形哑铃形纳米晶体表现出全球连锁自组装行为，由曲率引导耗尽相互作用控制。通过调节纳米哑铃的局部曲率，可以准确灵活地调节颗粒形成键的方向，这是普通凸面砌块难以控制的。这类纳米哑铃可以长时间有序地组装成各种复杂的二维超晶格，包括手性Kagome超晶格。根据理论计算结果，Kagome晶格是一种热学稳定的晶相，在稳定这些非紧密排列结构中，耗尽相互作用起着至关重要的作用。Kagome晶格和其他不寻常的结构表明，非凸纳米晶体在构建复杂结构方面具有巨大的潜力。在催化、能源、功能设备等领域有望带来创新应用。以“相关结果”为结果Curvature-guided depletion stabilizes Kagome superlattices of nanocrystals"问题发表在Science上。新加坡南洋理工大学博士后、复旦大学化学系博士后、新加坡南洋理工大学博士后、复旦大学化学系董安钢教授、李同涛青年研究员、高分子科学系李剑锋教授、新加坡南洋理工大学倪冉教授是论文的共同通讯作者。

数据概览

科学启发

该研究采用凹形纳米颗粒作为构建基元，通过调节颗粒的局部曲率来尽最大努力控制颗粒之间的排放，成功实现了笼目晶格（Kagome lattice）一系列新型超晶格材料的可控构建，为纳米颗粒自组装领域提供了全新的研究范式。该研究还强调了曲率引导枯竭相互作用的关键作用，不仅促进了纳米哑铃的互锁，而且稳定了Kagome晶格等开放结构。这些纳米哑铃超晶格通过互锁结构和可调晶格对称，具有独特的机械和光学特性。另外，这一曲率介导的设计原则可以作为指导各种非凸纳米晶体自组装的通用策略。虽然这项工作主要集中在单组分超晶格上，但它通过将纳米哑铃与适度形状的凸形纳米晶体结合起来，为更复杂的多组分超晶格铺平了道路。未来的研究可以进一步探索这些超晶格结构在光学、电子和催化方面的潜在应用，通过组装不同形状和尺寸的纳米晶体，开发出更复杂、更多组分的超晶格材料。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu4125

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