孔道决定着多孔材料的性能。如何让多孔材料的孔道实现独立调控,是全球材料科学界长期存在的难题。传统双孔材料一旦调整孔径,多个孔道就会联动变化,极大限制了工业级材料的精准设计,成为制约固态电池、高效催化、高端分离纯化等前沿领域发展的瓶颈。
如今,这一困境迎来转机。由中国科学院上海高等研究院高强副研究员/魏伟研究员团队牵头,晶泰科技(2228.HK)固态研究团队与香港城市大学李兴助理教授、黄勃龙教授等合作方强强联合,在《Nature Synthesis》上发表了题为"Selective Pore Modulation in Layered Molecular Crystals"的重磅研究成果。研究团队首创"选择性孔径调控"策略,成功构筑了一类双壁氢键有机框架(DW-HOFs)材料。
突破性策略:选择性孔径调控
此项研究首次提出了选择性孔径调控这一新的多孔晶体设计策略,实现了不同孔径的独立设计和共价键 - 氢键协同组装及精准调控,突破了传统双孔材料"孔径联动变化"的设计局限。研究团队首次通过计算加实验相结合的方式,揭示双壁 HOFs 材料的形成机制,为多孔晶体的精准设计提供了新的研究范式。
DW-HOFs 的"孔径独立调控"为多孔晶体在离子传导、分离、储能及催化等关键领域的精准设计提供了新范式——电池、净水、化工反应器等下游应用都将受益。这一工作不仅丰富了氢键有机框架材料体系,也为多孔晶体在离子传导、分离、储能及催化等领域的发展提供了新的设计思路,对于推动精准网格化学(Reticular Chemistry)和功能多孔材料的发展具有重要意义。
技术壁垒:MicroED 破解"看不见实体"困局
DW-HOFs 晶体仅约 20 微米,不足头发丝直径的三分之一;不同变体形态各异,传统单晶 X 射线衍射难以奏效。晶泰科技固态研究团队凭借冷冻电镜微晶电子衍射(MicroED)技术,用高能电子束直接解析亚微米级颗粒结构,从大量弱衍射晶粒中成功捕获并破解了 DW-HOFs 的真实三维结构。
MicroED 采用高能电子束,可以直接对亚微米级的材料颗粒进行晶体结构解析,无需对晶体进行额外的尺寸筛选或生长优化。团队所得结果与理论模拟预测的模型高度吻合,清晰地揭示了材料中共价骨架与氢键网络协同组装的分子排布方式。这一结果不仅验证了共价 - 氢键协同组装模型的正确性,也为 DW-HOFs 后续的机理研究提供了坚实的三维结构基础。
产业转化:从实验室到规模化应用
目前,晶泰科技的微观结构解析与 AI 前沿材料设计能力已成功转化为切实的产业价值,广泛落地于固态电池电解质、高效催化剂,以及先进碳材料等高价值研发场景。未来,这套打通"理论预测 - 微观解析 - 实验验证"的全链路底层基建,还将顺应功能多孔晶体与先进碳基材料的技术演进趋势,有望自然延伸至半导体先进封装、光电传感等高精尖制造领域。
此次《Nature Synthesis》的发表,标志着晶泰科技冷冻电镜微晶电子衍射(MicroED)技术的应用边界已从新药研发等优势领域成功拓展至 MOFs、COFs、HOFs 等前沿功能多孔材料领域,为全球精准网格化学与实体工业应用提供了不可替代的"数字算法与物理实验"双重基础设施。
注:该工作的共同第一作者包括晶泰科技固态研究团队刘翔博士,共同通讯作者涵盖中科院上海高研院、香港城市大学等多位专家;晶泰科技首席科学官张佩宇博士团队亦提供了关键的结构解析支持。该研究得到上海市浦江人才计划、上海市科委、国家自然科学基金、香港研究资助局等多项经费资助。





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