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深圳2026年8月13日 /美通社/ -- 隨著全球能源轉型與碳中和戰略的推進，以固態電池、高效催化、半導體材料、高端分離純化為代表的新材料市場正迎來數千億美元的爆發式增長。在這些前沿領域，多孔材料的"孔道獨立調控"一直是全球科學界長期懸而未決的底層難題——傳統雙孔材料一旦調整孔徑，多個孔道就會"按下葫蘆浮起瓢"般聯動變化，極大限制了工業級材料的精準設計。
近日，由中國科學院上海高等研究院牽頭，晶泰科技（2228.HK）與香港城市大學等團隊聯合攻關，提出了 "選擇性孔徑調控" 新策略，構筑了雙壁氫鍵有機框架（DW-HOFs）材料，相關成果已于《Nature Synthesis》發表。以此項頂級科研成果為縮影，依托在固態物理與高通量表征領域的深厚積累，晶泰科技正持續拓寬科學智能（AI4S）在新材料研發領域的應用邊界。
此次科研突破所采取的新策略技術難度極高，而晶泰科技的前沿固態表征技術則為其構筑了不可或缺的物理驗證壁壘。DW-HOFs 晶體僅約 20 微米，不足頭發絲直徑的三分之一；不同變體形態各異，傳統單晶 X 射線衍射難以奏效——在如此微小的顆粒中尋找可解析的晶體，無異于大海撈針，研發受困于"算得出理論，卻看不見實體"的盲區。
晶泰科技固態研究團隊憑借冷凍電鏡微晶電子衍射（MicroED）技術，用高能電子束直接解析亞微米級顆粒結構，從大量弱衍射晶粒中成功捕獲并破解了 DW-HOFs 的真實三維結構。此次《Nature Synthesis》的發表，標志著晶泰科技冷凍電鏡微晶電子衍射（MicroED）技術的應用邊界已從新藥研發等優勢領域成功拓展至 MOFs、COFs、HOFs 等前沿功能多孔材料領域，為全球精準網格化學與實體工業應用提供了不可替代的"數字算法與物理實驗"雙重基礎設施。
此項技術成果市場潛力廣闊。DW-HOFs 的"孔徑獨立調控"為多孔晶體在離子傳導、分離、儲能及催化等關鍵領域的精準設計提供了新范式——電池、凈水、化工反應器等下游應用都將受益。研究還首次捕獲了 DW-HOFs 由亞穩態演化至穩定結構的全過程，該成果已獲得了上海市浦江人才計劃、國家自然科學基金等多方資助與國家科研體系的認可，對推動我國精準網格化學與功能多孔材料發展具有重要意義。
目前，公司的微觀結構解析與 AI 前沿材料設計能力已成功轉化為切實的產業價值，廣泛落地于固態電池電解質、高效催化劑，以及先進碳材料等高價值研發場景。未來，這套打通"理論預測-微觀解析-實驗驗證"的全鏈路底層基建，還將順應功能多孔晶體與先進碳基材料的技術演進趨勢，有望自然延伸至半導體先進封裝、光電傳感等高精尖制造領域，全面驅動前沿新材料的源頭創新與規模化轉化。
注：本工作的共同第一作者包括晶泰科技固態研究團隊劉翔博士，共同通訊作者涵蓋中科院上海高研院、香港城市大學等多位專家；晶泰科技首席科學官張佩宇博士團隊亦提供了關鍵的結構解析支持。該研究得到上海市浦江人才計劃、上海市科委、國家自然科學基金、香港研究資助局等多項經費資助。
孔道決定著多孔材料的性能。如何讓多孔材料的孔道實現獨立調控，是全球材料科學界長期存在的難題。
如今，這一困境迎來轉機。由中國科學院上海高等研究院高強副研究員/魏偉研究員團隊牽頭，晶泰科技固態研究團隊與香港城市大學李興助理教授、黃勃龍教授等合作方強強聯合，在《Nature Synthesis》上發表了題為"Selective Pore Modulation in Layered Molecular Crystals"的重磅研究成果。研究團隊首創"選擇性孔徑調控"策略，成功構筑了一類雙壁氫鍵有機框架（DW-HOFs）材料，首次通過計算加實驗相結合的方式，揭示雙壁 HOFs 材料的形成機制，為多孔晶體的精準設計提供了新的研究范式。
晶泰科技最新合作研究成果，文章刊登于Nature Synthesis
"針尖上的晶體"：結構解析的現實難題
DW-HOFs 材料雖然設計巧妙，但擺在研究團隊面前的，是一個極具挑戰性的現實問題：這種材料晶體尺寸較小（約為 20 μm 的長棒狀形貌），且本研究中通過調控不同前驅體合成了多種變體（如 DW-HOF-1a、DW-HOF-2 等），每種變體都需要獨立的精確結構確認。
在如此細小、又不夠 "規整" 的顆粒中，找到一顆真正適合結構解析的晶體顆粒，本身就如同大海撈針；而傳統單晶 X 射線衍射技術對晶體尺寸和質量的要求極高，難以有效應用于 DW-HOFs 體系。這意味著，即便理論模型已經給出預測，研究團隊也遲遲無法拿到直接的結構證據來驗證材料內部分子的真實排布方式。
打破物理極限：
MicroED 構筑新材料研發的"終極驗證層"
在這一關鍵節點，晶泰科技固態研究團隊的冷凍電鏡微晶電子衍射（MicroED）技術發揮了不可替代的作用。
與傳統單晶衍射不同，MicroED 采用高能電子束，可以直接對亞微米級的材料顆粒進行晶體結構解析，無需對晶體進行額外的尺寸篩選或生長優化。這樣一來，非常少量的微小尺度（~1 μm）的結晶度較高的晶粒就足以產生高分辨率的電子衍射圖案供晶體結構解析，使其可以直接應用于各種具有穩定晶體結構的粉末樣品，包括有機小分子、鹽、水合物、共晶等晶體結構相對簡單的體系，以及金屬-有機框架材料（MOFs）、共價有機框架材料（COFs）、多肽，甚至蛋白質等復雜晶體體系，同時也包括本文中研究的氫鍵有機框架（HOFs）。
MicroED 研究團隊利用該技術，結合其在小分子晶體固態研究方面的經驗與知識，在大量弱衍射的亞微米晶體顆粒中收集到了足夠的衍射數據，對 DW-HOF-1a 和 DW-HOF-2 成功進行了晶體結構解析。團隊所得結果與理論模擬預測的模型高度吻合，清晰地揭示了材料中共價骨架與氫鍵網絡協同組裝的分子排布方式。
這一結果不僅驗證了共價-氫鍵協同組裝模型的正確性，也為 DW-HOFs 后續的機理研究提供了堅實的三維結構基礎，再次印證了晶泰科技的 MicroED 技術應用，已從其優勢的小分子藥物固態研發領域，拓展至 MOFs、COFs、HOFs 等前沿功能材料的結構解析領域。
圖2. 晶泰科技對DW-HOFs材料的晶體照片及冷凍電鏡結構表征
為了深入研究該類材料共價-氫鍵協同組裝的機理，研究工作創新性地通過引入攪拌的方式，干擾晶體的生長過程，從而開辟出 DW-HOFs 晶體組裝過程的時間窗口，深入揭示了這類晶體組裝的暗箱：結合 PXRD、小角 X 射線散射（SAXS）以及密度泛函理論（DFT）計算。研究團隊首次捕獲了 DW-HOFs 晶體由亞穩態逐步演化至最終穩定結構的全過程（圖 3）。
圖3. DW-HOFs材料的組裝過程及相應的理論計算
研究發現，框架最初形成傳統羧酸-羧酸類 HOFs 結構，隨后經歷多步構象轉變，最終演化為更加穩定的酰肼-羧酸氫鍵雙壁結構。理論計算進一步表明，驅動這一演化過程的關鍵因素，是單位體積內氫鍵密度不斷增加，從而使體系自由能持續降低，最終形成最穩定的晶體結構。這一發現成功解釋 DW-HOFs 材料快速組裝的機理，也為未來通過反應過程調控晶體結構提供了新的理論依據。
總結與展望
該研究首次提出了選擇性孔徑調控這一新的多孔晶體設計策略，實現了不同孔徑的獨立設計和共價鍵-氫鍵協同組裝及精準調控，突破了傳統雙孔材料"孔徑聯動變化"的設計局限。這一工作不僅豐富了氫鍵有機框架材料體系，也為多孔晶體在離子傳導、分離、儲能及催化等領域的發展提供了新的設計思路，對于推動精準網格化學（Reticular Chemistry）和功能多孔材料的發展具有重要意義。
關于晶泰科技
晶泰科技（"XtalPi Holdings Limited"，股份簡稱：晶泰控股，XTALPI，股票代碼：2228.HK）由三位麻省理工學院的物理學家于 2015 年創立，是一個基于量子物理、以人工智能賦能和機器人驅動的創新型研發平臺。公司采用基于量子物理的第一性原理計算、人工智能、高性能云計算以及可擴展及標準化的機器人自動化相結合的方式，為制藥及材料科學（包括農業技術、能源及新型化學品以及化妝品）等產業的全球和國內公司提供藥物及材料科學研發解決方案及服務。
