今日，复旦大学化学系董安钢、李同涛团队联合高分子科学系李剑锋团队及新加坡南洋理工大学倪冉团队在《科学》杂志上发表了新纳米超晶格最新研究成果。该成果通过调控非凸纳米颗粒的局部曲率，首次实现笼目（Kagome）超晶格的可控构建，为纳米颗粒自组装领域提供了全新研究范式，有望推动催化、能源、功能器件等领域的创新应用。

超晶格是由纳米颗粒组装而成的介观晶体材料，在能源、催化、光电器件等领域具重要应用价值。然而，传统研究多聚焦球形或凸多面体纳米颗粒，难以实现类似原子价键的精准组装。早在2021 年底，董安钢团队就首次发现了 Kagome 晶格，并意识到超晶格的形成背后可能有着非常奇特的组装原理。

过去，超晶格领域的前沿研究主要由欧美研究团队主导，且大多集中于球形或凸多面体纳米颗粒的研究。复旦大学团队另辟蹊径，提出利用非凸（nonconvex）纳米颗粒为构建基元，并通过调控颗粒的局部曲率，模拟“锁-钥”精准匹配机制，创造出类原子价键特性的颗粒间定向相互作用。 

董安钢教授表示：“我们设计并合成了哑铃形纳米晶，利用其头部与腰部曲率自互补的特点，实现了互锁式长程有序组装。”哑铃形颗粒之间的凹凸互补组装模式，犹如钥匙与锁芯之间的精准匹配。

关键发现

驱动力机制：熵效应产生的排空力（depletion）是凹凸互锁组装的主要驱动力。引入排空效应强化了凹凸面之间的吸引与识别能力，有效克服了非凸颗粒因几何约束可能导致的动力学陷阱，从而促进了高质量超晶格的可控生成。

结构调控：通过调节哑铃形颗粒的凹度（腰与头宽度比），团队成功实现了对颗粒键合方向的精准控制，构筑了多种低密度、低对称性的复杂超晶格结构。

董安钢说，“颗粒凹凸互锁组装模式克服了传统纳米颗粒相互作用难以精准调控的难题，为纳米基元键合方向性的调节提供了前所未有的精度与灵活性。”

“结构决定性质，性质决定应用，搞清楚不同超晶格结构的形成机理至关重要，这也是调控超晶格性质、实现超晶格功能化应用的关键所在。”董安钢表示，这项研究仅是一个开始，团队正在探索其它非凸纳米颗粒基元，并计划进一步深入研究纳米尺度下物质组装机制与原理。