科學家證實自支撐單層二維分子晶體存在

2022年2月24日，《自然》刊發上海交通大學教授崔勇團隊及合作者的研究成果。研究人員證實了自支撐單層二維（2D）分子晶體的存在，明確了跨層次/跨尺度的手性表達過程，擴大了現有手性材料和2D材料體系。

單層2D材料因具備高縱橫比的片狀結構、大比例暴露活性位和易加工等特點，成為研究熱點。從結構上看，原子或分子間需要有強的共價鍵、離子鍵或配位鍵才能支撐起穩定的2D結構，而超分子化學中的弱作用力一直被認為不足以支撐形成有序且穩定的2D單層結構。

論文第一作者、上海交通大學化學化工學院長聘教軌副教授董金橋對《中國科學報》說，“在超分子層次缺少構筑多級次表面微納結構的方法和表征手段，嚴重制約了對材料中手性識別和傳遞的認識和調控，因此探索單層手性2D分子材料的制備、結構和性能是突破這一科學瓶頸的新途徑?！?/p>

鑒于此，研究人員提出剝離大環分子晶體策略，成功制備了自支撐手性2D單層分子材料，并清晰觀察到手性表面的微納結構。將含豐富超分子作用位點的手性金屬—有機大環晶體超聲剝離成具有超高橫縱比（2 500：1）的單層手性2D納米片，通過球差校正透射電鏡首次觀察到結構明確的金屬—有機大環超分子結構，并證實了大環之間僅僅依靠弱作用力，不需要任何支撐體就能夠以單層晶（分子納米片）態形式穩定存在。通過對糖類等重要分子的對映選擇性識別和檢測研究，研究人員揭示了活性位點、本征大環和微納結構表面之間顯著的協同作用和協同效應。

評審專家表示，這項研究將手性化學、超分子化學和2D材料三個前沿領域有機結合起來，證實了自支撐單層2D分子晶體的存在，明確了跨層次/跨尺度的手性表達過程，擴大了現有手性材料和2D材料體系，為更廣闊的研究和應用奠定了基礎。