网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

晶泰科技AI赋能孔道独立调控,突破性合作成果亮相《Nature》子刊

0
分享至

导语

随着全球能源转型与碳中和战略的推进,以固态电池、高效催化、半导体材料、高端分离纯化为代表的新材料市场正迎来数千亿美元的爆发式增长。在这些前沿领域,多孔材料的“孔道独立调控”一直是全球科学界长期悬而未决的底层难题——传统双孔材料一旦调整孔径,多个孔道就会 “按下葫芦浮起瓢” 般联动变化,极大限制了工业级材料的精准设计。近日,由中国科学院上海高等研究院牵头,晶泰科技(2228.HK)与香港城市大学等团队联合攻关,提出了 “选择性孔径调控” 新策略,构筑了双壁氢键有机框架(DW-HOFs)材料,相关成果已于《Nature Synthesis》发表。以此项顶级科研成果为缩影,依托在固态物理与高通量表征领域的深厚积累,晶泰科技正持续拓宽科学智能(AI4S)在新材料研发领域的应用边界。

此次科研突破所采取的新策略技术难度极高,而晶泰科技的前沿固态表征技术则为其构筑了不可或缺的物理验证壁垒。DW-HOFs 晶体仅约 20 微米,不足头发丝直径的三分之一;不同变体形态各异,传统单晶 X 射线衍射难以奏效——在如此微小的颗粒中寻找可解析的晶体,无异于大海捞针,研发受困于“算得出理论,却看不见实体”的盲区。

晶泰科技固态研究团队凭借冷冻电镜微晶电子衍射(MicroED)技术,用高能电子束直接解析亚微米级颗粒结构,从大量弱衍射晶粒中成功捕获并破解了 DW-HOFs 的真实三维结构。此次《Nature Synthesis》的发表,标志着晶泰科技冷冻电镜微晶电子衍射(MicroED) 技术的应用边界已从新药研发等优势领域成功拓展至 MOFs、COFs、HOFs 等前沿功能多孔材料领域,为全球精准网格化学与实体工业应用提供了不可替代的“数字算法与物理实验”双重基础设施。

此项技术成果市场潜力广阔。DW-HOFs 的 “孔径独立调控” 为多孔晶体在离子传导、分离、储能及催化等关键领域的精准设计提供了新范式——电池、净水、化工反应器等下游应用都将受益。研究还首次捕获了 DW-HOFs 由亚稳态演化至稳定结构的全过程,该成果已获得了上海市浦江人才计划、国家自然科学基金等多方资助与国家科研体系的认可,对推动我国精准网格化学与功能多孔材料发展具有重要意义。

目前,公司的微观结构解析与 AI 前沿材料设计能力已成功转化为切实的产业价值,广泛落地于固态电池电解质、高效催化剂,以及先进碳材料等高价值研发场景。未来,这套打通“理论预测-微观解析-实验验证”的全链路底层基建,还将顺应功能多孔晶体与先进碳基材料的技术演进趋势,有望自然延伸至半导体先进封装、光电传感等高精尖制造领域,全面驱动前沿新材料的源头创新与规模化转化。

注:本工作的共同第一作者包括晶泰科技固态研究团队刘翔博士,共同通讯作者涵盖中科院上海高研院、香港城市大学等多位专家;晶泰科技首席科学官张佩宇博士团队亦提供了关键的结构解析支持。该研究得到上海市浦江人才计划、上海市科委、国家自然科学基金、香港研究资助局等多项经费资助。


孔道决定着多孔材料的性能。如何让多孔材料的孔道实现独立调控,是全球材料科学界长期存在的难题。

如今,这一困境迎来转机。由中国科学院上海高等研究院高强副研究员/魏伟研究员团队牵头,晶泰科技固态研究团队与香港城市大学李兴助理教授、黄勃龙教授等合作方强强联合,在《Nature Synthesis》上发表了题为 “Selective Pore Modulation in Layered Molecular Crystals” 的重磅研究成果。研究团队首创 “选择性孔径调控” 策略,成功构筑了一类双壁氢键有机框架(DW-HOFs)材料,首次通过计算加实验相结合的方式,揭示双壁 HOFs 材料的形成机制,为多孔晶体的精准设计提供了新的研究范式。


图1. 文章刊登于Nature Synthesis(点击文末“阅读原文”查看)


"针尖上的晶体":结构解析的现实难题

DW-HOFs 材料虽然设计巧妙,但摆在研究团队面前的,是一个极具挑战性的现实问题:这种材料晶体尺寸较小(约为 20μm 的长棒状形貌),且本研究中通过调控不同前驱体合成了多种变体(如 DW-HOF-1a、DW-HOF-2 等),每种变体都需要独立的精确结构确认。

在如此细小、又不够 “规整” 的颗粒中,找到一颗真正适合结构解析的晶体颗粒,本身就如同大海捞针;而传统单晶 X 射线衍射技术对晶体尺寸和质量的要求极高,难以有效应用于 DW-HOFs 体系。这意味着,即便理论模型已经给出预测,研究团队也迟迟无法拿到直接的结构证据来验证材料内部分子的真实排布方式。


打破物理极限: MicroED 构筑新材料研发的“终极验证层”

在这一关键节点,晶泰科技固态研究团队的冷冻电镜微晶电子衍射(MicroED)技术发挥了不可替代的作用。

与传统单晶衍射不同,MicroED 采用高能电子束,可以直接对亚微米级的材料颗粒进行晶体结构解析,无需对晶体进行额外的尺寸筛选或生长优化。这样一来,非常少量的微小尺度(~1 um)的结晶度较高的晶粒就足以产生高分辨率的电子衍射图案供晶体结构解析,使其可以直接应用于各种具有稳定晶体结构的粉末样品,包括有机小分子、盐、水合物、共晶等晶体结构相对简单的体系,以及金属-有机框架材料(MOFs)、共价有机框架材料(COFs)、多肽,甚至蛋白质等复杂晶体体系,同时也包括本文中研究的氢键有机框架(HOFs)。

MicroED 研究团队利用该技术,结合其在小分子晶体固态研究方面的经验与知识,在大量弱衍射的亚微米晶体颗粒中收集到了足够的衍射数据,对 DW-HOF-1a 和 DW-HOF-2 成功进行了晶体结构解析。团队所得结果与理论模拟预测的模型高度吻合,清晰地揭示了材料中共价骨架与氢键网络协同组装的分子排布方式。

这一结果不仅验证了共价-氢键协同组装模型的正确性,也为 DW-HOFs 后续的机理研究提供了坚实的三维结构基础,再次印证了晶泰科技的 MicroED 技术应用,已从其优势的小分子药物固态研发领域,拓展至 MOFs、COFs、HOFs 等前沿功能材料的结构解析领域。


图2. DW-HOFs材料的晶体照片及冷冻电镜结构表征

为了深入研究该类材料共价-氢键协同组装的机理,研究工作创新性地通过引入搅拌的方式,干扰晶体的生长过程,从而开辟出 DW-HOFs 晶体组装过程的时间窗口,深入揭示了这类晶体组装的暗箱:结合 PXRD、小角 X 射线散射(SAXS)以及密度泛函理论(DFT)计算。研究团队首次捕获了 DW-HOFs 晶体由亚稳态逐步演化至最终稳定结构的全过程(图 3)。


图3. DW-HOFs材料的组装过程及相应的理论计算

研究发现,框架最初形成传统羧酸-羧酸类 HOFs 结构,随后经历多步构象转变,最终演化为更加稳定的酰肼-羧酸氢键双壁结构。理论计算进一步表明,驱动这一演化过程的关键因素,是单位体积内氢键密度不断增加,从而使体系自由能持续降低,最终形成最稳定的晶体结构。这一发现成功解释 DW-HOFs 材料快速组装的机理,也为未来通过反应过程调控晶体结构提供了新的理论依据。


总结与展望

该研究首次提出了选择性孔径调控这一新的多孔晶体设计策略,实现了不同孔径的独立设计和共价键-氢键协同组装及精准调控,突破了传统双孔材料 “孔径联动变化” 的设计局限。这一工作不仅丰富了氢键有机框架材料体系,也为多孔晶体在离子传导、分离、储能及催化等领域的发展提供了新的设计思路,对于推动精准网格化学(Reticular Chemistry)和功能多孔材料的发展具有重要意义。


特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
新任安徽省委常委桂桢,已任省委宣传部部长

新任安徽省委常委桂桢,已任省委宣传部部长

黄河新闻网吕梁
2026-10-25 17:32:40
多省党政主要负责同志调整

多省党政主要负责同志调整

上观新闻
2026-10-25 07:00:27
美国人怎么交社保?至少交够10年才能生效,每年需缴纳工资的7.65%

美国人怎么交社保?至少交够10年才能生效,每年需缴纳工资的7.65%

风向观察
2026-10-25 14:56:04
毛不易在女性好友婚礼发言惹争议,大谈女方为他做饭收拾屋子,新郎新娘回应表明态度

毛不易在女性好友婚礼发言惹争议,大谈女方为他做饭收拾屋子,新郎新娘回应表明态度

叨唠
2026-10-25 04:53:11
一万人也劝不住,河南男子入职2月被外派飞东南亚,落地傻眼了

一万人也劝不住,河南男子入职2月被外派飞东南亚,落地傻眼了

天天热点见闻
2026-10-25 06:53:38
央视披露:凌晨、国庆前一天、中秋节、大年初一、大年初二…美军选择特殊时间挑衅我国,看似巧合实则用心险恶,“趁我们办喜事上门添堵”

央视披露:凌晨、国庆前一天、中秋节、大年初一、大年初二…美军选择特殊时间挑衅我国,看似巧合实则用心险恶,“趁我们办喜事上门添堵”

扬子晚报
2026-10-25 14:31:02
拖到今天!终于拿到访华门票,中方仁至义尽,高市成最大输家

拖到今天!终于拿到访华门票,中方仁至义尽,高市成最大输家

通鉴史智
2026-10-25 09:50:40
日本八舰进入台海

日本八舰进入台海

烽火观天下
2026-10-25 11:31:05
美国加州脆弱的税务结构:1%的富人撑起近半所得税,股市一跌,财政就吃紧

美国加州脆弱的税务结构:1%的富人撑起近半所得税,股市一跌,财政就吃紧

爆角追踪
2026-10-25 16:57:30
这一次,毛不易的小心思全被网友们分析出来了

这一次,毛不易的小心思全被网友们分析出来了

清晖有墨
2026-10-25 13:35:46
史上最大化债行动,已开始!我们坚持了30年的信仰,将进入倒计时

史上最大化债行动,已开始!我们坚持了30年的信仰,将进入倒计时

混沌录
2026-10-23 21:47:18
APEC会议前,高市早苗突然向中方表态,提及台湾问题,用意不一般

APEC会议前,高市早苗突然向中方表态,提及台湾问题,用意不一般

铁锤侃侃而谈
2026-10-25 10:01:41
16岁女儿书包里突然翻出避孕药,妈妈慌了“孩子是不是学坏了”,女儿解释“医生说我雄激素高”;医生:一板药片,说明不了任何人的私生活

16岁女儿书包里突然翻出避孕药,妈妈慌了“孩子是不是学坏了”,女儿解释“医生说我雄激素高”;医生:一板药片,说明不了任何人的私生活

南方都市报
2026-10-25 09:54:53
国产胃镜技术迎来大突破!不用插管,彻底摆脱国外多年技术垄断

国产胃镜技术迎来大突破!不用插管,彻底摆脱国外多年技术垄断

王二哥老搞笑
2026-10-25 14:18:09
法国政府是怎么把自己给作死的?

法国政府是怎么把自己给作死的?

爆角追踪
2026-10-25 18:10:20
毛不易婚礼发言引热议,新娘回应:“我和张哥都很好,非常感谢毛毛对我和张哥的祝福”

毛不易婚礼发言引热议,新娘回应:“我和张哥都很好,非常感谢毛毛对我和张哥的祝福”

韩小娱
2026-10-25 06:28:28
新郎新娘回应歌手毛不易在其婚礼上“虽然不是我的新娘”致辞争议:我们都很好,不要断章取义,“毛毛是挚友、也是娘家人,请大家理性”

新郎新娘回应歌手毛不易在其婚礼上“虽然不是我的新娘”致辞争议:我们都很好,不要断章取义,“毛毛是挚友、也是娘家人,请大家理性”

大风新闻
2026-10-25 09:17:14
对症下药了!老干妈AI分拣辣椒由600余人减至48人,人大代表提出机器替岗缴社保,舆论争议不断

对症下药了!老干妈AI分拣辣椒由600余人减至48人,人大代表提出机器替岗缴社保,舆论争议不断

火山詩话
2026-10-24 08:00:29
CCTV5直播巴萨vs皇马:争冠6分之战,巴萨主场无惧皇马

CCTV5直播巴萨vs皇马:争冠6分之战,巴萨主场无惧皇马

智道足球
2026-10-25 13:10:50
又是懂车帝!神木问界撞柱起火,两年前的预警全应验了!

又是懂车帝!神木问界撞柱起火,两年前的预警全应验了!

起点财经
2026-10-24 13:56:09
2026-10-25 19:40:49
晶泰科技XtalPi
晶泰科技XtalPi
以计算驱动药物研发创新
610文章数 46关注度
往期回顾 全部

科技要闻

苹果首款折叠屏没能养肥黄牛

头条要闻

女子称拍完写真照被带进封闭的小屋 全程被对方操控

头条要闻

女子称拍完写真照被带进封闭的小屋 全程被对方操控

体育要闻

文班、约基奇和扬尼斯各自的处境

娱乐要闻

低调复出后,全红婵当众落泪

财经要闻

手机洗牌:华为苹果守住了 小米OV换打法

汽车要闻

车不可貌相 低调的路威S具备真正哈雷精神

态度原创

数码
健康
房产
家居
教育

数码要闻

iKF推出Ultra Clip开放式蓝牙耳机:12mm动圈、45小时续航,499元

痘痘能根治吗?皮肤科医生说实话

房产要闻

百亩大盘又 +1!攒量超 200 万㎡!江东,要燃起来了!

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

教育要闻

一位特级教师的“特别”成长

无障碍浏览 进入关怀版