复旦大学科研团队崭露头角 科学主刊呈现新成果

复旦团队突破超晶格研究新范式：非凸纳米颗粒构筑笼目超晶格

IT之家报道，在能源、催化、光电器件等领域具有重要应用价值的超晶格材料，近期在复旦大学化学系董安钢教授和李同涛教授团队的引领下取得了突破性进展。
该团队联合高分子科学系李剑锋教授以及新加坡南洋理工大学倪冉教授团队，成功实现了笼目（Kagome）超晶格的可控构建，为非凸纳米颗粒自组装领域树立了全新研究范式。
相关成果已在国际权威学术期刊《科学》杂志上发表。

一、研究背景与动机

超晶格，由纳米颗粒组装而成的介观晶体材料，一直以来都是材料科学研究的前沿领域。
传统的研究主要聚焦于球形或凸多面体纳米颗粒，对于如何实现类似原子价键的精准组装一直是一大难题。
特别是在催化、能源转换、光电器件等领域，对超晶格材料的精准构建有着极高的要求。
为此，复旦大学的这支跨学科团队致力于突破传统研究框架，探索非凸纳米颗粒在超晶格构建中的潜力。

二、研究过程与成果

1. 突破传统：研究团队选择了非凸纳米颗粒作为研究基元，通过调控颗粒的局部曲率，模拟锁-钥精准匹配机制，创造出颗粒间定向的类原子价键相互作用。
2. 设计合成：团队成功设计并合成了哑铃形纳米晶，利用其头部与腰部曲率的自互补特点，实现了互锁式长程有序组装。这种哑铃形颗粒之间的凹凸互补组装模式，如同钥匙与锁芯之间的精准匹配。
3. Kagome晶格的实现：通过构建一系列新型超晶格结构，团队展示了非凸纳米颗粒的巨大潜力，其中最具代表性的是Kagome晶格。该晶格结构由共顶点的正六边形和正三角形周期性排列构成，具有独特的面内手性和p6对称性。
4. 精度与优势：相较于传统的3D打印和光刻技术，纳米自组装技术在精度与规模上具有显著优势。研究团队通过优化合成条件，实现了高质量的二维Kagome超晶格的可控制备，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。
5. 理论验证与性质预测：倪冉教授团队通过模拟分析证实了Kagome超晶格的热力学稳定性，其稳定性源自曲率介导的排空吸引力。研究团队构建了哑铃形颗粒超晶格的结构理论预测框架，为深入理解非凸纳米颗粒的自组装行为提供了重要的理论依据。

三、研究意义与展望

本次研究成果不仅突破了超晶格研究领域的传统认知，也为催化、能源、功能器件等领域的创新应用提供了可能。
非凸纳米颗粒的自组装为超晶格材料的精准构建提供了新的路径，有望推动相关领域的科技进步。

董安钢教授表示，这项研究仅仅是一个开始。
团队正在探索其他非凸纳米颗粒基元，并计划深入研究纳米尺度下物质的组装机制与原理。
可以预见，随着研究的深入，非凸纳米颗粒在超晶格构建中的应用将更加广泛，为材料科学领域带来更多的创新与突破。

四、结语

通过调控非凸纳米颗粒的局部曲率，复旦团队首次实现了笼目（Kagome）超晶格的可控构建，为纳米颗粒自组装领域树立了新的研究范式。
这一成果不仅展示了非凸纳米颗粒在超晶格构建中的巨大潜力，也为相关领域的创新应用提供了可能。
期待该团队在未来能够继续深入研究，为材料科学领域带来更多的突破与创新。

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