复旦科研团队实现新纳米颗粒超晶格开创自组装研究新范式

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2025-02-28 15:30:44 百家号

复旦科研团队实现新纳米颗粒超晶格！北京时间2月28日，复旦大学化学系董安钢、李同涛团队与高分子科学系李剑锋团队及新加坡南洋理工大学倪冉团队合作，在《科学》杂志上发表了一篇题为“基于曲率介导的排空力构建纳米颗粒笼目超晶格”的论文。该研究利用凹形纳米颗粒作为构建基元，通过调整颗粒的局部曲率来调控颗粒间的排空力，成功实现了笼目晶格等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，有望在催化、能源、功能器件等领域带来创新性应用。

纳米颗粒被视为“人造原子”，基于其可控组装构筑而成的超晶格具有晶体对称性的介观凝聚态物质，在多个领域有重要应用价值。然而，实现超晶格材料的可编程化设计面临一个重要挑战：如何模拟原子成键，驱动颗粒间的选择性识别与方向性键合。过去的研究主要集中在球形或凸多面体纳米颗粒上，而复旦大学团队提出利用非凸纳米颗粒，并通过调控颗粒的局部曲率，创造出类原子价键特性的颗粒间定向相互作用。

这种原理类似于“锁与钥匙”的关系。复旦大学化学系教授董安钢表示：“我们设计并合成了哑铃形纳米晶，利用其头部与腰部曲率自互补的特点，实现了互锁式长程有序组装。”通过优化合成条件制备了凹度适中的哑铃形颗粒，并基于气液界面组装技术，获得了高质量的二维Kagome超晶格，其单晶区域可达数十平方微米，包含超过10万个凹凸互锁的哑铃形颗粒。这种精度是传统3D打印和光刻技术难以比拟的，展现了纳米自组装技术在物质制备中的优势。该Kagome超晶格具有p6对称性，展现出独特的面内手性，有望带来全新的光学性质。

引入具有凹面特征的纳米颗粒作为构建基元，是这项研究的最大亮点。这一研究思路为超晶格材料的按需定制开辟了全新的研究方向和视角。通过调控颗粒的曲率特性，并结合机器学习，未来有望真正实现超晶格材料的可编程化设计，推动纳米组装科学的发展。

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