球形結構因最小化表面張力而具有獨特穩定性。作為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，但面臨挑戰。
近日，中國科學院福建物質結構研究所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的基礎上，借鑒膠束自組裝原理，采用柔性位阻的丙磺舒配體和無機孤對電子“共封裝”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體現在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，為客體識別創造了理想環境。同時，SAlOC-1具有優異的客體捕獲能力，在室溫下可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。這種表面主客體化學兼具普適性和選擇性，并表現出多組分結合的仿生特性。
進一步的理論計算顯示，SAlOC-1捕獲客體的機制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。
上述工作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思路，并為離散化合物的固態主客體化學、有機小分子的結構鑒定及納米粒子的表面修飾等研究提供了新途徑。
相關研究成果發表在《自然-合成》（Nature Synthesis）上。