近年来，网状化学相关研究因其在可设计多孔材料方面的突破性进展而受到广泛关注，并获得诺贝尔化学奖的认可。金属有机框架作为其代表性材料之一，因结构高度有序、功能可设计而成为材料科学的重要研究方向。

如果把材料研究比作阅读一本书，那么单晶就是帮助科学家看清每一个“字”的放大镜。传统金属有机框架通常能够生长出较大尺寸的单晶，从而实现原子结构的清晰解析；而二维导电金属有机框架由于单晶生长困难，长期难以获得高质量单晶，其原子级结构解析与可靠的构效关系研究也因此受到明显限制。

2026年6月24日，北京大学材料科学与工程学院窦锦虎课题组聚焦二维导电金属有机框架单晶生长这一关键问题，在《Journal of the American Chemical Society》发表重要研究成果，提出一种动力学匹配策略，成功实现多种导电金属有机框架毫米级单晶生长，为解决这一长期瓶颈提供了新的思路。

图1. 通过调节反应动力学与结晶实现大单晶生长

在传感、催化与能源存储等方向，二维导电金属有机框架作为一类兼具永久多孔结构与电导特性的晶态材料展现出重要的应用潜力。然而，一个关键问题始终悬而未决：为何这类材料难以实现高质量、大尺寸单晶的可控生长？由于其晶体形成过程同时涉及配位反应、氧化还原过程与质子转移的复杂耦合，使得成核与晶体生长之间长期存在动力学不匹配，导致晶体难以持续长大。

图2. (a)(b) 基于酸碱平衡调控实现不同类型金属离子大单晶生长的机理示意图；(c) 大尺寸导电金属有机框架单晶的光学显微镜图像；(d) 导电金属有机框架的电子电导率；(e) 导电金属有机框架的电子电导率随湿度的变化；(f) 本工作材料与已报道同类材料的双电导（离子/电子电导）性能对比。

面对这一难题，研究团队找到了破题之法。他们从反应动力学角度出发，揭示了导电金属有机框架中氧化还原—配位—质子转移过程的内在耦合本质，并提出通过调控配体酸碱平衡来实现对质子耦合电子转移（PCET）过程的精确调节，从而协调成核与晶体生长速率。

研究得出了明确的结论：通过实现化学反应动力学与晶体生长过程的精准匹配，可以有效抑制无序成核并驱动晶体持续有序生长，从而实现多种导电金属有机框架毫米级单晶的可控构筑。依托这一突破，研究人员首次得以在原子尺度上清晰解析多种材料的晶体结构，并直接测得其本征导电与传输性质，实现了从“不可见”到“可测量”的关键跨越。高质量单晶使材料本征导电能力得以被直接测量并真实呈现。其中一种材料的电子导电率达到146 S cm⁻¹，处于已报道多孔框架材料的前列水平；在另一种体系中，还实现了电子与质子在同一材料中的协同传输，其传输性能较以往报道的类似金属有机框架材料提升约三个数量级。

作者信息：

北京大学材料科学与工程学院博士生陈昊、赵彤阳和李伟姗为论文共同第一作者，北京大学材料科学与工程学院窦锦虎为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。作者同时感谢微米纳米加工全国重点实验室在器件加工与测试方面提供的宝贵支持。

参考文献：Aligning Chemical Kinetics with Crystallization Enables Millimeter-Scale Single Crystals of Conductive MOFs. J. Am. Chem. Soc. 2026, 10.1021/jacs.6c07951.

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c07951