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通過化學成分空間調(diào)制的超晶格結(jié)構(gòu)，能夠制備具有可定制的周期性勢場以及可調(diào)諧的電子和光學特性的人造材料。

傳統(tǒng)半導體超晶格具有一維（1D）可設(shè)計的電位調(diào)制，可以使高電子遷移率晶體管和量子級聯(lián)激光器成為可能。

最近，通過多尺度組成單元的自組裝或引導組裝構(gòu)建的一系列不同的超晶格，包括零維（0D）納米團簇和納米顆粒、一維（1D）納米棒和納米線、二維（2D）納米層和納米片和混合2D分子組裝。

這些自組裝的超晶格在2D或三維（3D）中具有周期性結(jié)構(gòu)調(diào)制，由于組成單元之間的界面上不可避免的結(jié)構(gòu)無序，往往缺乏原子精度。

2025年2月5日，上海交通大學崔勇教授和加州大學洛杉磯分校段鑲鋒教授聯(lián)合浙江工業(yè)大學朱藝涵教授在國際頂級期刊Nature發(fā)表題為《Metal-halide porous framework superlattices》的研究論文，張文強博士為論文第一作者，崔勇教授、段鑲鋒教授和朱藝涵教授為論文共同通訊作者。

他，上海交大「國家杰青/長江特聘」，聯(lián)合納米材料大牛&浙工大副院長，新發(fā)Nature！

崔勇，上海交通大學教授，國家杰青，教育部長江學者特聘教授。1999年在中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所獲博士學位，隨后在中國科學技術(shù)大學、美國北卡羅萊納大學和美國芝加哥大學從事博士后研究。

崔勇教授的研究方向包括金屬-有機多孔材料，有機多孔材料，不對稱催化，手性識別與分離，以及手性光學與傳感。

段鑲鋒，加州大學洛杉磯分校終身教授，博士生導師。1997年在中國科學技術(shù)大學獲學士學位，隨后在美國哈佛大學獲碩士學位和博士學位，2002年進入美國Nanosys高科技公司工作，是該公司的聯(lián)合創(chuàng)始人之一，2003年被美國Technology Review評為年度世界百位杰出青年發(fā)明家之一，2008年進入加利福尼亞大學洛杉磯分校工作。

段鑲鋒教授的研究方向為包括納米材料的合成、組裝和表征，先進電子和光子材料與器件，能源利用、轉(zhuǎn)化與存儲，以及生物醫(yī)學傳感與治療等。

朱藝涵，浙江工業(yè)大學教授，博士生導師，浙江工業(yè)大學化學工程學院副院長。2005年在浙江大學獲學士學位，2010年在浙江大學獲博士學位，2017年在阿卜杜拉國王科技大學從事博士后研究并擔任研究科學家。

朱藝涵教授主要從事先進電子顯微方法學發(fā)展和物質(zhì)科學應用。

在本文中，作者報道了一種由0D、1D和2D組成單元周期性排列組成的多維單晶超晶格的一鍋合成法。

作者通過將鋯（Ⅳ）金屬有機骨架作為宿主模板，利用配位輔助組裝策略，成功合成了一系列單晶多孔超晶格，實現(xiàn)金屬鹵化物亞晶格的定向成核和精確生長。

通過單晶X射線晶體學和高分辨率透射電子顯微鏡，能夠清晰地看出具有確定原子坐標的高階超晶格結(jié)構(gòu)。

進一步用選定的胺分子處理，可以產(chǎn)生具有高度可調(diào)光致發(fā)光和光學特性的鈣鈦礦超晶格。

作者的研究構(gòu)建了一個單晶多孔超晶格平臺，為定制達到傳統(tǒng)晶態(tài)固體無法實現(xiàn)的電子、光學和量子特性提供了機會。

圖1：多維PbI₂@MOF超晶格的結(jié)構(gòu)表征

圖2：逐步生長過程中中間體的監(jiān)測

圖3：PbI₂@MOF超晶格的低劑量低溫HR-TEM圖像

圖4：胺修飾類鈣鈦礦PbI₂@MOFs超晶格的制備及光學表征

綜上，作者利用有序的MOF模板，開發(fā)了一種一鍋合成多功能單晶多孔超晶格的策略。

通過使用一系列具有可定制結(jié)構(gòu)圖案的MOF模板，作者證明了金屬鹵化物結(jié)構(gòu)單元可以被結(jié)合到具有各種結(jié)構(gòu)的MOF主體晶格中，形成由0D、1D和2D金屬鹵化物結(jié)構(gòu)單元組成的高階超晶格。

SC-XRD和HR-TEM表征了多孔超晶格的原子結(jié)構(gòu)和成核過程。

胺修飾的多孔超晶格表現(xiàn)出與維數(shù)相關(guān)的光致發(fā)光和手性誘導的圓偏振發(fā)光。

考慮到MOF模板的結(jié)構(gòu)多樣性和無機結(jié)構(gòu)單元的組成豐富性，該研究為具有廣泛可調(diào)結(jié)構(gòu)和成分調(diào)節(jié)的廣泛3D多孔超晶格開辟了一條途徑，實現(xiàn)了傳統(tǒng)結(jié)晶固體無法達到的可設(shè)計物理特性。

Zhang, W., Jiang, H., Liu, Y. et al. Metal-halide porous framework superlattices. Nature (2025).

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