復旦大學科研團隊實現新型納米顆粒超晶格

中國教育報-中國教育新聞網訊（記者 任朝霞 通訊員 丁超逸 殷夢昊）納米顆粒被認為是“人造原子”，基于其可控組裝構筑而成的超晶格（或超晶體）是一類具有晶體對稱性的介觀凝聚態物質，在能源、催化、力學、光電器件、生物醫藥等領域具有重要的應用價值。面向超晶格可編程化設計與構建難題，復旦大學化學系董安鋼、李同濤團隊聯合高分子科學系李劍鋒團隊及新加坡南洋理工大學倪冉團隊成功實現了籠目晶格（Kagome lattice）等一系列新型超晶格材料的可控構建，為納米顆粒自組裝領域提供了全新的研究范式，有望在催化、能源、功能器件等領域帶來創新性應用。北京時間2月28日凌晨，相關研究成果以“基于曲率介導的排空力構建納米顆粒籠目超晶格”為題發表于《科學》雜志。

過去，超晶格領域的前沿研究主要由歐美研究團隊主導，且大多集中于球形或凸多面體納米顆粒的研究。復旦大學團隊另辟蹊徑，提出利用非凸（nonconvex）納米顆粒為構建基元，并通過調控顆粒的局部曲率，創造出類原子價鍵特性的顆粒間定向相互作用。

“我們設計并合成了啞鈴形納米晶，利用其頭部與腰部曲率自互補的特點，實現了互鎖式長程有序組裝。”復旦大學化學系教授董安鋼表示，這一原理類似于“鎖與鑰匙”的關系，啞鈴形顆粒之間的凹凸互補組裝模式，猶如鑰匙與鎖芯之間的精準匹配。

“顆粒凹凸互鎖組裝模式克服了傳統納米顆粒相互作用難以精準調控的難題，為納米基元鍵合方向性的調節提供了前所未有的精度與靈活性。”董安鋼說。

通過構建一系列新型超晶格結構，團隊展示了非凸納米顆粒作為構建基元的巨大潛力，其中Kagome晶格是最具代表性的超晶格結構。復旦大學化學系青年研究員李同濤介紹：“這種Kagome結構非常有趣，它由共頂點的正六邊形和正三角形周期性排列構成，是一種非密堆積的平面拓撲結構，也是我國傳統燈籠、竹筐編織中的常見圖案。”

“引入具有凹面特征的納米顆粒作為構建基元，是這項研究的最大亮點。”在董安鋼看來，這一研究思路為超晶格材料的按需定制開辟了全新的研究方向和視角。通過調控顆粒的曲率特性，并結合機器學習，未來有望真正實現超晶格材料的可編程化設計，進而推動納米組裝科學的發展。