與傳統平面分子相比，具有彎曲與扭曲構象的非平面分子在發光、電子傳輸和手性調控等方面展現出更為獨特且優異的性能。其中，具有負高斯曲率的雙曲拋物面分子（又稱鞍形分子）因其獨特的空間構型、美學特征及在光電器件領域的應用潛力，近年來受到廣泛關注。如何將這類負彎曲分子進行定向組織，構筑結構明確、功能可調的超分子超結構，成為當前研究的前沿熱點。然而，由于其非平面結構特征，分子在堆疊與取向過程中難以實現精確調控，將其組裝為高度有序、結構新穎的超結構仍面臨巨大挑戰。因此，實現雙曲拋物面分子的可控組裝與有序超結構構筑，已成為該領域亟待突破的重要科學問題。
近日，課題組設計并合成了一種結合二苯并噻吩與環己二胺基團的“剛柔并濟”型雙曲拋物面拓撲單體。該單體首先通過π-π相互作用形成穩定二聚體，隨后在不同溶劑環境調控下誘導特定C-H···π作用，進一步構筑出呈“榫卯型”和“之字型”排列的一維超分子柱結構。這些一維超分子柱進一步通過C-H···S氫鍵作用實現橫向擴展，最終形成兩種不同構型的二維超結構（2D HPS-MT 與 2D HPS-Z）。透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡及理論計算等多種表征手段在溶液相中驗證了其分級自組裝路徑。性能測試表明，2D HPS-MT 在二次諧波響應方面表現更為優異：在1064 nm激發、泵浦功率100 mW條件下，其信號強度達到 1.5 × 105，高于 2D HPS-Z 的1.1 × 105；同時，2D HPS-MT的極化率（87.5%）亦高于2D HPS-Z（81%），這與其二維超結構中更為顯著的非中心對稱排列密切相關。該研究實現了雙曲拋物面分子從分子尺度到二維超結構的分級精確調控，為負曲率分子的可控組裝提供了新策略，也為高性能有機非線性光學功能材料的分子工程設計開辟了新的方向。
相關研究成果發表于《Nature
Communications》(Nat. Commun. 2026, 17, 1852)。課題組已畢業的霍宏彬博士和張蕓榕碩士為論文共同第一作者，博士后張居安和田威教授為論文通訊作者。
（全文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-68567-1）