科学家们开发了新的单晶超晶格制备战略

上海交通大学化学化工学院教授崔勇团队与加利福尼亚大学洛杉矶分校教授段镶锋团队和浙江工业大学教授朱艺涵团队合作，围绕配置模板推动原点组装策略，采用锆(Zr)金属有机框架(MOF)模板完成了金属卤化物亚晶的定向核生长，成功构建了一系列新型多维单晶多孔超晶框架，实现了超晶材料的手动转换和手动光功能控制，为手动材料的构建和应用开辟了新的思路和方法。2月6日，相关研究在《自然》上发表。

通过设计和调节周期性势能和高精度层状结构，超晶格材料可以实现可调电子和光学特性，广泛应用于二维电子气、高电子迁移率晶体管、量子级联激光等领域。如今，超晶格材料正在从传统的半导体超晶格向多尺度组装单元的自组装系统转变。发展新的生成策略，实现单晶超晶格的制备和结构分析，是分配化学、合成化学、材料化学等交叉学科的关键挑战之一。

为了解决单晶超晶格研究中的科学问题，研究团队提出了基于Zr-MOF配置模板和Zr簇不饱和配置节点导向功能的“MOF模板”策略，成功生成了一系列高度有序的单晶多孔超晶格框架。在不同的三维Zr-MOF框架下，金属卤化物和MOF模板晶格在原点限制范围内生长，精确复合，成功制备了多维单晶超晶格框架。

值得一提的是，MOF通道环境(如内腔尺寸和形状以及相邻结合点的方向)在调整金属卤化物亚晶格的维度方面发挥了关键作用，该框架具有高级超晶格结构，具有精确的原子坐标。

为了进一步探索限制核生长机制，研究团队进行了基于时间的核控制实验，对碘化铅(Pbi2)在MOF中的原点生长过程进行了跟踪和监测。数据显示，在不同胺分子的修改下，钙钛矿的超晶格显示了圆偏振的发光性能，这些光在水平上依赖于光发光和手动诱导。这种结构/水平所依赖的光电性能可以极大地促进光电子学的发展，在量子计算、安全通信和高效显示屏方面具有潜在的实用价值。