球形結(jié)構(gòu)由于最小化表面張力帶來的獨特穩(wěn)定性，在自然界中廣泛存在。作為一種人工合成的具有較大比表面積和表面能的功能球形材料，納米粒子的表面性質(zhì)對其在生物醫(yī)學(xué)、催化和環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用效果至關(guān)重要。然而，受限于其微小尺寸和結(jié)構(gòu)不確定性，傳統(tǒng)分析手段難以獲取表面吸附行為的清晰信息。作為納米粒子的分子模型，具有原子級精確結(jié)構(gòu)的球形納米團簇有望提供解決方案，但仍面臨兩大挑戰(zhàn)：一是球形團簇的設(shè)計合成較為困難，缺乏有效策略；二是離散化合物在固態(tài)難以實現(xiàn)穩(wěn)定性和多孔性的平衡。相比框架材料，其主客體化學(xué)研究大多在溶液相中進行，不易利用單晶衍射直接表征。

針對上述挑戰(zhàn)，中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所張健研究員課題組與方偉慧研究員課題組在前期水滑石型鋁氧簇、阿基米德籠狀鋁氧簇和環(huán)狀鋁氧簇等研究基礎(chǔ)上，借鑒膠束自組裝原理，采用柔性位阻的丙磺舒配體以及無機孤對電子“共封裝”的策略實現(xiàn)了球形鋁氧簇（SAlOC-1）的精準(zhǔn)構(gòu)筑。SAlOC-1獨特的結(jié)構(gòu)特征不僅在于經(jīng)典鋁氧團簇不具備的低配位性和傳統(tǒng)球形團簇罕見的低對稱性，更重要的是，球形表面可以最大程度地暴露超分子結(jié)合位點，為客體識別創(chuàng)造了極佳的環(huán)境。研究表明，SAlOC-1展示出卓越的客體捕獲能力，在室溫下能通過單晶到單晶的轉(zhuǎn)變，結(jié)合多達20種寬體積范圍的客體。SAlOC-1在客體吸附方面具有獨特優(yōu)勢，克服了傳統(tǒng)離散系統(tǒng)溶液相主客體化學(xué)的限制，操作簡便且快速直接。此外，這種表面主客體化學(xué)兼具普適性和選擇性，也表現(xiàn)出多組分結(jié)合的仿生特性。研究人員與中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所李春森研究員課題組合作，通過理論計算揭示了SAlOC-1捕獲客體的機制顯著有別于傳統(tǒng)框架材料，主要依靠動態(tài)可旋轉(zhuǎn)的單齒配體充當(dāng)柔性表面上的“分子捕手”，從而降低對于高孔隙率的依賴。

圖1.球形鋁氧團簇的表面主客體化學(xué)示意圖

這是鋁氧團簇合成化學(xué)研究團隊繼輪簇、阿基米德籠等新型結(jié)構(gòu)后的新發(fā)現(xiàn)。該工作不僅為球形鋁氧團簇的精準(zhǔn)構(gòu)筑與柔性表面的理性設(shè)計提供了新的思路，也為離散化合物的固態(tài)主客體化學(xué)、有機小分子的結(jié)構(gòu)鑒定以及納米粒子的表面修飾等領(lǐng)域提供了新的途徑。該研究成果近期發(fā)表在《自然·合成》（Nature Synthesis），文章的第一作者是博士研究生沈思皓，通訊作者是李春森研究員、方偉慧研究員和張健研究員。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s44160-025-00927-z

課題組網(wǎng)頁：http://fjirsm.cas.cn/fangweihui/

來源：福建物構(gòu)所