复旦大学团队在纳米颗粒自组装领域取得突破性进展，相关成果发表于《科学》杂志。该研究利用形状独特的非凸纳米颗粒，通过调控颗粒曲率，实现了对超晶格结构的精准控制，成功构建了包括kagome晶格在内的一系列新型超晶格材料。这项研究为纳米颗粒自组装领域提供了新的研究范式，并有望在催化、能源和功能器件等领域带来广泛应用。
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图注：主要参与者（左起）：李同涛、万思妤、董安钢、李剑锋
“锁-钥”机制精准组装纳米颗粒
超晶格材料因其在多个领域的应用潜力而备受关注，但其可编程化设计一直面临挑战。复旦团队巧妙地利用非凸形纳米颗粒，例如哑铃状纳米晶，其头部和腰部曲率的互补性如同“锁与钥匙”，实现了颗粒间的定向组装。这种凹凸互补的组装模式，依靠熵效应产生的排空力驱动，有效克服了非凸颗粒的几何约束，从而高效构建高质量超晶格。通过调节哑铃形颗粒的凹度，研究人员能够精确控制颗粒键合方向，构建出多种低密度、低对称性的复杂超晶格结构。
图注：通过调控哑铃形纳米颗粒局部曲率设计二维超晶格结构
高精度Kagome超晶格的构建
Kagome晶格作为一种非密堆积的平面拓扑结构，在凝聚态物理和拓扑量子材料领域具有重要意义。该研究团队通过优化合成条件和气液界面组装技术，成功构建了高质量的二维Kagome超晶格，其单晶区域可达数十平方微米，包含超过10万个颗粒。这种精度远超传统的3D打印和光刻技术，充分展现了纳米自组装技术的优势。该Kagome超晶格具有独特的p6对称性和面内手性，有望带来全新的光学性质。
图注：由中凹度哑铃形颗粒自组装而成的手性Kagome晶格
理论与实验的完美结合
这项研究成功源于理论和实验的紧密结合。复旦大学董安钢、李同涛团队与李剑锋团队的合作，将实验结果与理论计算相结合，精准预测并验证了超晶格的形成结构。这种跨学科的合作，以及对实验细节和理论模型的深入理解，是取得突破性进展的关键。新加坡南洋理工大学倪冉教授团队的模拟分析进一步证实了Kagome超晶格的稳定性。
图注：Kagome晶格的形成机制研究
这项研究为超晶格材料的按需定制提供了新的思路，未来通过调控颗粒曲率并结合机器学习，有望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。
图注：复旦大学化学系董安钢团队
复旦大学化学系博士后万思妤、新加坡南洋理工大学博士后夏秀杨为论文共同第一作者，复旦大学化学系董安钢教授、李同涛青年研究员、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为论文共同通讯作者，复旦大学为本工作的第一完成单位。
