福建物構所球形鋁氧團簇的表面主客體化學取得新進展

球形結構由于最小化表面張力帶來的獨特穩定性，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對其在生物醫學、催化和環境等領域的應用效果至關重要。然而，受限于其微小尺寸和結構不確定性，傳統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，具有原子級精確結構的球形納米團簇有望提供解決方案，但仍面臨兩大挑戰：一是球形團簇的設計合成較為困難，缺乏有效策略；二是離散化合物在固態難以實現穩定性和多孔性的平衡。相比框架材料，其主客體化學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，中國科學院福建物質結構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狀鋁氧簇等研究基礎上，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”的策略實現了球形鋁氧簇（SAlOC-1）的精準構筑。SAlOC-1獨特的結構特征不僅在于經典鋁氧團簇不具備的低配位性和傳統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合位點，為客體識別創造了極佳的環境。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變，結合多達20種寬體積范圍的客體。SAlOC-1在客體吸附方面具有獨特優勢，克服了傳統離散系統溶液相主客體化學的限制，操作簡便且快速直接。此外，這種表面主客體化學兼具普適性和選擇性，也表現出多組分結合的仿生特性。研究人員與中國科學院福建物質結構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框架材料，主要依靠動態可旋轉的單齒配體充當柔性表面上的“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示意圖

這是鋁氧團簇合成化學研究團隊繼輪簇、阿基米德籠等新型結構后的新發現。該工作不僅為球形鋁氧團簇的精準構筑與柔性表面的理性設計提供了新的思路，也為離散化合物的固態主客體化學、有機小分子的結構鑒定以及納米粒子的表面修飾等領域提供了新的途徑。該研究成果近期發表在《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

課題組網頁：http://fjirsm.cas.cn/fangweihui/

來源：福建物構所