分子基晶态导体凭借其高度有序的晶体结构，为阐明材料的结构特征与其电子学性质之间的构效关系，以及探索新奇的物理现象，提供了理想的研究平台。然而，与传统导电MOF、COF等材料通过多维连续导电分子构建导电网络不同，团簇材料因其孤立的分子结构单元，内部难以形成有效的长程电荷传输路径，导致其本征导电性能普遍较低，严重制约了其应用发展。

中国科学院福建物质结构研究所方伟慧课题组和徐立课题组通过引入芳香性的金属团簇立体单元{Mo^IV₃-py₃}和稀土离子，成功构筑了富电子二聚分子导体。该设计在原本孤立的团簇之间建立了新型d‑π···π‑d共轭导电网络，有效解决了团簇材料难以形成长程电荷传输路径的难题。进一步地，通过内嵌不同稀土离子，实现了晶体结构的精准调控：获得了具有半导体特性的六方相和呈现金属特性的四方相，并成功实现了单晶材料导电各向异性的可调性。

本工作取得的主要进展：

1. 新型导电网络的构建：引入富电子芳香{Mo^IV₃-py₃}立体构筑单元和稀土离子，成功构建了二聚芳香分子导体。这一设计首次在团簇间建立了d‑π···π‑d共轭导电通路，显著增强了材料在ab平面方向的导电能力，进而与直线形团簇自身协同，构筑出三维导电网络。得益于这一独特的d‑π···π‑d共轭通路，该系列簇基晶态材料展现出罕见的导电各向异性：ab轴方向的导电性能优于c轴方向。其中，内嵌钐（Sm）和铕（Eu）原子的六方晶相，因其有更强的π···π相互作用（距离为3.66 Å），其ab轴方向电导率高达约3×10^-5 S·m⁻¹，相比传统多酸材料提升了五个数量级。

2. 晶体导电各向异性的精准调控：通过内嵌不同稀土离子（La~Gd），首次在单晶层面实现了晶体导电各向异性的有效调控。在该六方体系单晶中，沿ab轴方向的电导率与π···π相互作用强度呈正相关，而c轴方向的电导率则主要受团簇的HOMO-LUMO能隙影响。得益于d‑π···π‑d共轭导电网络的存在，该系列材料在ab轴方向的导电性普遍优于c轴方向。然而，稀土离子的精细调控也带来了反常现象：内嵌Eu的六方晶体借助Eu^II/Eu^III间形成的强氧化还原电子通路，显著提升了c轴方向的电荷传输能力，使其沿c轴的电导率提升至与ab面d‑π···π‑d网络相当的水平，从而在该体系中首次实现了导电性能的各向同性；相比之下，内嵌Ce的晶体由于Ce^III/Ce^IV的氧化还原对提供了的电子通路，同时其较弱的π···π相互作用削弱了ab面导电，使得该晶体在c轴方向的导电性反而比ab轴方向高出约一个数量级，实现了导电各向异性的反转。

3. 半导体与金属行为的调控：单分子计算表明，构成四方体系的二聚芳香团簇具有更低的HOMO-LUMO能隙，这与压片电导率测试中四方体系的电导率高于六方体系的结果一致。进一步地，周期性计算揭示了通过稀土离子调控所得六方和四方空间群晶体分别呈现出半导体与金属特性。这一发现首次实现了晶体半导体和金属特性的有效调控，同时从理论上确认了d-π-π-d的电子传输路径。

福建物构所原创的结构独特多变四价钼多酸化学具有路易斯酸（Mo^IV_x）/碱（O_yM_z）多活性位点协同效应和高度稳定的6e-[Mo^IV₃O₄py₃]多电子氧化还原活性中心，已在Mo^IV_x···O_yM_z路易斯场亚纳米限域催化氢化及安全高效快充锂离子电池方面展现出卓越性能，首次成功合成柔性三维各向同性导电网络进一步揭示四价钼多酸在制造先进簇基功能材料领域不可替代的作用。相关成果以“Conductive Three-Dimensional Molecular-Cluster Networks via Rare-Earth-Directed Assembly”为题，发表于Nature Synthesis。中国科学院福建物质结构研究所博士后卢智昊为论文第一作者，徐立研究员和方伟慧研究员为通讯作者。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s44160-026-01138-w

课题组主页：http://fjirsm.cas.cn/fangweihui/

（方伟慧课题组供稿）