超晶格材料通過設計和調控周期性勢能及高精度層狀結構，能夠實現可調的電子和光學特性，在二維電子氣、高電子遷移率晶體管、量子級聯激光器等領域得到廣泛應用。傳統的生長技術，如分子束外延和化學氣相沉積，雖然能夠實現亞納米級厚度的調控，但這限制了超晶格材料的進一步發展。如今，超晶格材料正從傳統的半導體超晶格向多尺度構筑單元（如納米顆粒、納米線、納米片和分子）的自組裝體系轉型。自組裝超晶格的組分通常局限于同一維度及相同或互補拓撲結構的構筑單元，這一定程度上制約了超晶格結構的多樣性及其功能的可調性。由不同維度構筑單元組裝而成的異質/異維度超晶格，能帶來全新的電子、光學及量子特性，極大豐富了超晶格家族；尤其對于手性超晶格材料，其在手性光學器件、手性電子學器件以及手性超導材料等領域展現出巨大的應用潛力。然而，由于構筑單元界面間的結構無序性，單晶態、多維度超晶格的精準合成與原子級結構表征極為困難。因此，發展新的合成策略，成功實現單晶超晶格的制備與結構解析，成為配位化學、合成化學和材料化學等交叉學科中的關鍵挑戰之一。

上海交通大學崔勇教授團隊長期致力于手性聚集和結晶研究，專注于非均相不對稱催化、手性分離及光電功能材料器件的創新。團隊通過發展新型手性多孔材料，推動了相關領域的快速進展（Nat. Synth., 2025, 4, 43–52；Nat. Chem. 2024, 16, 1398–1407；Nature 2022, 602, 606–611；Chem. Rev., 2022, 122, 9078–9144；J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 31807-31815）。為解決前述單晶超晶格研究中的科學難題，團隊提出了“MOF模板（MOF templates）”策略，基于Zr-MOF配位模板，利用鋯簇不飽和配位節點的導向作用，成功合成了多系列高度有序的單晶多孔超晶格框架。在不同三維鋯基MOF框架內，原位限域生長的金屬鹵化物（如PbI₂、PbBr₂、CdI₂和NiBr₂）與MOF模板晶格精準復合，成功制備出多維度的單晶超晶格框架。同時，超晶格材料的手性轉換與手性光功能調控得以實現，為手性材料的構筑與應用開辟了新的思路與方法。

圖1 多維度超晶格的結構表征

研究團隊展示了MOF孔道環境（如腔體的大小和形狀以及相鄰結合位點的方向）在調整金屬鹵化物亞晶格的維度方面（零維、一維、二維）發揮了關鍵作用。這些超晶格晶體通過單晶X射線衍射（SC-XRD）和低劑量高分辨率透射電子顯微鏡（HR-TEM）進行表征（圖2），證實了該框架具有精確原子坐標的高階超晶格結構。

圖2 PbI₂@MOF超晶格的低劑量高分辨電子顯微成像

為進一步探究限域成核的生長機制，研究團隊進行了時間依賴的成核控制實驗，跟蹤和監測PbI₂在MOF中的原位生長過程。以PCN-606為例，如圖3所示，從SCXRD數據中可以精確地監測PbI2亞晶格的形成過程，從部分填充的零維納米簇（PbI₂@PCN-606-I、II、III）或一維納米片（PbI₂@PCN-606-IV），逐步演變為完全填充的二維納米層（PbI₂@PCN-606-V）。