结构创新需要分子多样性，而源于生命挑战的新应用则要求材料与系统具备广泛的功能。尽管超分子材料长久以来是材料工程灵感的基本源泉，但现代纳米科学工具使得构建分子复杂性超越超分子单一性的材料成为可能。尽管非共价相互作用对各种分子、配合物和材料的结构与化学已得到广泛研究，但超分子化学的理解、利用及其真正本质尚未被充分探索和开发。因此，考虑到工业应用中对多样化功能材料日益增长的需求，其对材料科学的影响似乎有悖常理。本综述旨在向读者展示超分子结构构建的现状、其结构复杂性，以及对这一挑战中固有的动力学和热力学的详细研究。除整体描述配位化合物外，如金属有机框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）、共价有机框架（Covalent Organic Frameworks, COFs）和金属有机笼（Metal-Organic Cages, MOCs），本文还分析了包括轮烷和索烃在内的机械互锁分子（Mechanically Interlocked Molecules, MIMs）的方向性和可调相互作用强度，这类分子构成了一类引人注目的合成分子架构，具有在分子开关中的潜在应用。
超分子化学领域基于非共价分子间相互作用介导的自组装，产生一系列构建复杂分子结构的组装步骤，并由可重复的程序介导。这些结构不仅基于非共价组分，还受反应路径的动力学和热力学控制。超分子化学的增强源于对通过非共价相互作用（即氢键、π-堆积和金属配位）形成的主客体配合物的研究。该学科涉及多样化的结构架构和过程，与共价体系不同，其基于可逆的动态键，适用于响应刺激，此外还能诱导可控降解。
大量用于建筑结构材料的设计基于单一功能，此外还赋予这些材料时间或可修饰响应的途径。这些活性材料可以被设计为具有时间自由度，使其能够响应各种刺激而改变，例如温度、光、pH、电场和磁场、压力、湿度以及化学信号。尽管不应低估其化学空间的浩瀚，这既是机遇也是挑战。虽然它提供了丰富的化学环境可供探索，但确定特定性能的最合适候选者可能如同大海捞针。
由于超分子化学作为结构调节剂的巨大潜力，超分子聚合物（包括各种天然超分子体系）吸引了多个研究小组日益增长的兴趣。例如，在生物系统中，肌动蛋白通过聚合和双倍化在细胞内生物分子运输中起关键作用。
产生单一架构的制造技术，进而将材料性能的不均匀性纳入其中，创造了所谓的定制响应。这提供了一个关于时空建筑材料如何有一天能导致一定程度材料智能的瞥见。
通过多个金属离子和有机键配位组装的笼状分子，其设计灵活，具有多样化和独特的化学性质。此外，关于其对刺激响应行为与易变配位键结合的一个非常有趣的发展，已在配位笼中提供了结构转变。
得益于超分子体系的多样性，它们已被广泛应用于各种应用领域。例如，传感设备、催化和生物医学。图1a指定了一个将传统光伏材料转化为电能的优秀例子。在该器件中，需要选择性吸收紫外光或近红外光的吸收体以产生低着色或无着色的材料。在此背景下，镧系配合物是获得透明无色发光太阳能聚光器（Luminescent Solar Concentrators, LSCs）的理想候选者，如图1b所示。图1c展示了基于一系列超分子和双核镧系双-β-二酮酸酯（通式为[Ln
2L
4]
2−（L = L
A, L
B, L
M, L
F））的高透明度LSCs的合成和表征。此外，还包括使用Eu(tta)
3phen（tta = 噻吩甲酰三氟丙酮，phen = 1,10-菲咯啉）的研究，如图1d所示。
考虑到解释发光体优势的结构标准，例如强敏化发射和高达200纳米的伪斯托克斯位移。紫外/可见吸收和光致发光（Photoluminescence, PL）光谱已证实通过图1b中指定的天线效应实现了有效敏化。在这种情况下，天线效应仅仅是β-二酮酸酯在300-380纳米区域吸收光，导致配体中心激发，而观察到的唯一PL谱图是Eu
3+离子的。
超分子性也在超分子配位复合物（Supramolecular Coordination Complexes, SCCs）和机械互锁分子（MIMs）中被描述，这些在自然界和宏观世界中无处不在，包括轮烷、索烃、结和夹子。由于SCCs在其结构中由金属离子和配体形成，它们本质上具有细胞毒性，因此可以作为药物，并有利于其在分子识别中的使用，具有治疗和成像的放射性益处，并且如前所述，它们具有催化性能，甚至可以进行生物正交反应。此外，通过引入通过聚合物表面活性剂的附加正交相互作用，研究了在水中通过稀释诱导的超分子聚合机制，以实现在更高浓度下更大的聚集，另一方面，使用具有不同胶凝体系的双正交超分子网络。从另一个角度来看，在热力学方案下，观察到了与两种化合物之间结合水数量相关的结构标准的类似情况。
MIMs的重要性在于其受控运动及其构建分子机器的能力。值得注意的是基于激活响应以在催化和光学中产生功能的应用。甚至，MIMs的多组分特性以及通过化学刺激触发其拆解的可能性也吸引到了药物应用中。为了概括这种催化关系，特别是在受限空间中，超分子物理学在人工光合作用领域呈现了相似的图景，以模拟复杂的生物系统，规划新的互连方法。
从相同的结构角度，但在机械互锁笼（Mechanically Interlocked Cages, MICs）的背景下，它们由两个或更多通过机械键复杂互锁的分子笼组成。MICs的首次发展可追溯至1999年，当时藤田诚及其同事通过金属介导的自组装合成了一个三重互锁配位笼。Beer及其同事在2009年创建了一个三重互锁笼（互锁有机笼），标志着从金属有机框架向纯有机框架的转变。此后，配位化学和有机合成增强的自组装的进步使得开发具有更高复杂度水平的MIC架构成为可能。
鉴于超分子化学的最新进展，本文探讨了与该领域相关的方法和实质性优势。从这一视角出发，审视了通过化学结合多种材料来配位超分子体的方法和优势。这涉及获得复杂和特定的催化剂、超分子连接的碳硼烷和自组装体系，始终着眼于人类可能需要的充满挑战的未来。
“细节成就复杂性”。超分子材料是分子自组装构成其架构的有机材料的特殊例子。超分子体系的关键实例包括受体、阳离子和阴离子结合主体以及自修复聚合物。从这一角度来看，与超分子化学相关的主客体化学对于理解由非共价相互作用促进的复杂结构至关重要。实际上，有机分子笼通过其固有的限制空腔，选择性地充当高度确定分子黏附的主体分子。
简单性是复杂且主观的，因此至关重要的是要考虑其在超越学术领域的互连分子机器背景下的重要性。在此背景下，优化的结构简单性及其操作重要性本身就是参数，突出了互连分子化学的两个方面：从考虑实现刺激响应催化剂到能够按顺序合成受控聚合物的机器。
2013年，Leigh及其同事设计并操作了一种基于类似轮烷的缠绕在分子轴上的分子人工机器，该机器以顺序特异性方式收集氨基酸以合成肽。该环具有一个硫醇盐基团，通过原生化学键从一条肽链中迭代提取氨基酸并将其转移到另一条肽延伸位点。该大环承载催化性硫醇盐部分，轴承载反应性苯酚酯，能够读取轴中的序列信息并将此信息以优异序列控制的三肽形式转化为化学输出（图2）。具体而言，虽然在第一代设备中，序列信息通过繁琐的迭代合成包含在轴中，但第三代设备18使用可控自由基聚合过程生成功能化轴14，然后与预制轮烷片段17连接（图3）。
这一原理也可以通过将催化模块作为超分子催化系统的组成部分而得到进一步发展，除了几何结构之外。这就是现有酶的修改情况，旨在通过已知的酶机制设计新的酶促反应，以创建合成代谢网络。能够在生物环境中运行的超分子体系的设计过程的复杂性和复杂性使得成功率甚至很低。加上漫长而繁琐的合成，导致了令人沮丧的分子识别。在这方面，关于生物系统，明智的做法是考虑其复杂性作为设计中的概念参数。
[Gd(DOTP)]
5−水溶液在各种多胺存在下，以及限域在纳米凝胶的聚合物基质内的
1H NMR弛豫数据证明了弛豫率增强的程度，即使Gd
III离子在其配位环境中缺乏内球水分子。合理的配体设计是使氢键受体基团能够在短至4埃的距离内与足够水分子进行强相互作用的关键。
“与超分子性相关的动力学和热力学”。Credi领导的研究展示了光照对由偶氮苯客体和水中的环糊精（Cyclodextrin, CD）客体组成的超分子复合物形成的影响。他们指出，基于这些复合物的先前研究，他们关注的是平衡特性，而Credi及其团队探索的是光诱导的非平衡分布。通过光照射可以反转两种非对映体CD取向复合物的相对丰度，导致高能CD复合物的自发形成，具有在水环境中广泛适用性。或者，Ralham等人设计了偶氮苯官能化的对称和不对称肽两亲分子，采用偶氮苯的E形式来研究分子对称性并工程化超分子组织，以适应溶剂组成和温度。
2024年，Rivero等人报道，两个不同动态库之间的通信而非不可逆过程也是可能的。他们注意到烷基胺消除四嗪的亲核取代动态区域的关系，实现了动力学惰性化合物。
一项强调[Ga
4L
6]中Au
III配合物R
3PAu(MeOH)(CH
3)
2封装速率增强的研究，该增强作为膦配体R（Pet
3 vs. PMe
3）的函数，明确地与由可接近空腔尺寸和围绕笼内金配合物的可用性以容纳额外MeOH溶剂分子的组合因素相关。详细计算表明，测得的Michaelis-Menten速率常数k
cat(Pet
3)/k
cat(PMe
3)计算为10
−1，而观察到的非催化速率常数k
uncat(Pet
3)/k
uncat(PMe
3)的比率仅约为2.7。
Mahshid及其小组提出了一项详细分析，内容涉及反应动力学以及电磁场增强对Pphen（等离子体周期半球纳米图案）非辐射弛豫和等离子体增强电子转移速率的影响，使用电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS）进行。该评估测量了QolorPhAST等离子体界面的表面电阻。Pphen相对于平面ZnO/Al和ZnO的表观电子转移速率常数（k
app）的定量分析表明，Pphen具有较低的电荷转移电阻（R
CT），表明更快的氧化还原动力学。
小分子组装形成超分子聚合物是可逆的，导致热力学上有利的组装。这一原理已被用于创建基于各种非共价相互作用（如氢键、π–π相互作用、金属-配体相互作用和主客体化学）的广泛结构，用于各种应用。在所有情况下，都达到了稳态平衡，其中溶液中的分子与聚集体之间没有净流动。与简单的分子开关一样，可以通过改变条件或其他刺激来改变超分子聚合物的状态。
自组织过程在动力学控制方面表现出高度的复杂性，因为这些过程的中间体必须受到动力学控制。Saura-Sanmartin和Schalley解释说，虽然热力学控制在自组织系统的设计中更为明显，但此类自组织的动力学控制以其内在复杂性为特征，即使在细胞水平的生化过程中也是如此。因此，动力学控制的自组织是一项复杂任务，需要比单纯理性设计更复杂的组装路径设计。Chen和Tong提出了其他评论，他们评估了非共价键的热力学和动力学之间随其强度变化的强烈反相关关系。此外，在超分子聚合物网络中，非共价键的平衡常数也决定了网络的连接性。
Patel及其同事提出，仔细选择的序参量的结合为自组装和超分子转变的热力学表征提供了一种高效且稳健的方法。自组装和超分子转变都可能受到自由能垒的阻碍；因此，通过调制粒子密度场的相对较少的傅里叶分量（例如有序胶束、凝聚体或中间相），可以可逆地采样不同周期性或对称性之间的转变，这可以根据以下方程进行解释。
方程1显示了具有N个粒子基集的系统的粒子密度场。使用傅里叶振幅k进行展开（傅里叶逆变换）。粒子密度场的傅里叶变换在方程2中指出。其中k是波矢，积分在模拟箱体积V上进行。对于具有周期性边界条件的长方体系统，k仅对k = (2πn
x/L
x, 2πn
y/L
y, 2πn
z/L
z)取非零值，其中n
x, n
y和n
z是整数，L
x, L
y和L
z是模拟箱在相应方向上的长度。
Wehner和Würthner确定了各种超分子自组装过程反应路径的复杂性。他们还通过几个例子确立了独特纳米结构多晶型的形成取决于溶剂、温度和单体浓度。例如，图4总结了一些使用添加剂或外部刺激导致形成亚稳态超分子多晶型的反应路径控制实例。水作为助溶剂在超分子聚合中的作用表明，在高含水量的THF-水溶液中，PBI-三联吡啶配合物保持在动力学受阻状态，而较高含量的THF导致快速平衡并形成热力学稳定的超分子聚合物，如图4中绿色虚线箭头所示。
“超分子路径的背景”。如前所述，超分子化学越来越多地涵盖化学领域以外的区域，找到与其它学科交叉的应用，为生物学、物理学、工程学和药学提供原始解决方案。工业界对超分子结构的采纳导致了多种商业化且可推向市场的产品用于日常使用。精准医学由超分子体系推动，这得益于其独特的动态性质和分子识别能力，这些能力利用了其相对弱的非共价相互作用。超分子体系对生理触发因素（如pH梯度、温度波动、光照和特定酶的激活）表现出高敏感性。
结构形状、拓扑结构和核度是在两个或多个状态之间交替变化的因素。这可以用来控制主体亲和力，从而实现分子有效载荷的可控摄取和释放。考虑到这一独特性，基于方形平面Pd
II阳离子和桥联双吡啶基配体的系统代表了配位驱动超分子的原型，以及其配体的光开关。一个明确的例子是三个同配位金属超分子组装体在两种共存的异配位配位笼的定义混合物中的笼到笼相互作用。虽然两种异配位组装体都共享一个基于二酮吡咯并吡咯的配体，但它们在共存组装体中的行为显示出显著差异。
与二面角一致，双齿配体的刚性是Pt
12L
24纳米球可控形成的关键因素。催化量的配位添加剂以在一定程度上不稳定铂-吡啶键，从而选择性地形成Pt
12L
24组装体是一个关键因素。另一个重要因素是诸如Pt
2L
RB4和Pt
2L
4等材料在生物亲核试剂和还原剂/过渡金属配体存在下的动力学稳定性。在与类似工作相关的方面，高效和选择性的TDDA转化促进了在自组装Pd6L4笼内的前体折叠。这种效率和选择性取决于精确的构象控制，允许底物进入结构空腔从而将其限域。
Notheis, Schnakenburg和von Krbek恰当地开发了一种基于二氮杂卓的配体（L），该配体通过自组装形成各种金属超分子螺旋体MII2L，使用不同的阳离子，如ZnII, FeII和CoII。由于该配体具有两个化学上不同的配位位点，它能够形成同金属和异双金属螺旋体FeII2L, CoII2L, ZnII2L, ZnIIFeIIL, FeIIZnIIL和ZnIICoIIL，通过单次顺序金属添加或金属交换中的自分类实现精确的金属分布。
在Otte解释的另一个实例中，他指出配位吡啶的甲基化阻止了不期望笼的形成。大环物种[Pd2L12]与L2反应，产生碗状物种[Pd2L12L2]。这里，L2为碗引入了末端功能化。这种功能化具有空间位阻，因此不允许形成[Pd2L12L22]笼。此外，该碗随后与L3反应生成所需的[Pd2L12L21L31]笼。配体L3可以为笼引入第二个但空间位阻较小的内向功能化。总之，自组装方案，包括金属超分子化学，利用过渡金属（Transition Metal, TM）键和多齿配体之间的可逆相互作用，促进访问特定但独特的宏观分子物种。在精密材料制造中，循环化学（即产品从一开始就设计为可拆卸和可回收）对于将供应链转变为再生供应链至关重要。
“离散自组装配位复合物”。目前，工程过程基于任务和知识领域的分离，例如化学、材料科学、器件开发和产品设计。相比之下，自然界从基本物质创造材料、器官和整个生物体。
自组装分子，如金属有机多面体和金属有机笼（MOPs/MOCs），通过形成金属节点的离子与配体之间的配位键相互作用形成。这些多面体可以由带有中性供体的配体形成，例如阴离子吡啶基和羧基。通常，MOCs主要作为自组装的热力学产物形成；然而，也报道了动力学（亚）稳定物种的显著例子。更深入地，可以设想具有六个八面体CoII位点的笼设计允许同时固定多个气体分子在空腔中，例如实现气体与催化剂之间的氧内部键合，保证H2O2的高产率。此外，Biradha和Keerthi等人使用1,4,5,8,9,11-六氮杂三亚苯六甲腈（HAT-CN）和3,3-二氨基联苯（DAB）合成了具有稳定键的共价有机框架（COF），得到HAT-DAB COF。所得的多孔结构包含吩嗪（−C═N−）和苯基亚氨基（−NH−）单元，通过氧化还原对促进Li+嵌入。HAT-DAB COF在锂离子电池中表现出优异的性能，比容量为265 mAh/g，能量密度接近607 Wh/kg，库仑效率约为98%，循环数百次。同样，使用COF HAT-DAB作为超级电容器，在1 mV/s下提供110.5 mF/cm2，电容保持率约为95%，在8000次循环中库仑效率为100%。
在另一项研究中，富勒烯C24与Li2S/Na2S系统之间的相互作用表明，电荷转移随着Li2S单元数量的增加而阻碍吸附。1,3-二氧戊环（1,3-Dioxolane, DOL）：1,2-二甲氧基乙烷（1,2-Dimethoxyethane, DME）溶剂混合物的存在，通过增强介质的极化，促进了C24表面电荷的重新分布，导致α从−5.0显著降低至−2.61 eV。
纳米级金属有机框架（Nanoscale Metal-Organic Frameworks, NMOFs）的多功能性有望通过集成机器学习和人工智能来解决全球可持续性和健康挑战，从而推进个性化医疗。
机器学习的另一个视角是分析患者的卵巢肿瘤临床相关数据，以确定可能与该类型癌症更好相关的潜在临床生物标志物。一种常见策略是将麻醉化合物（如利多卡因）掺入聚合物配合物中，也侧重于抗癌化合物的研究。在这方面，Lazzarini团队提出尝试将利多卡因包封在沸石咪唑酯骨架-8（Zeolitic Imidazolate Framework-8, ZIF-8）MOFs支架内，扩展了MOFs在药物递送中的应用。
在这一方面，Saboorizadeh等人构建了一个使用锆金属有机框架作为药物载体和超分子开关作为激活元件的纳米平台。药物通过生物相容性锌离子（Zn2+）的激活以及额外的热冲击释放。研究人员合成了具有羧酸盐柱芳烃的自动化纳米MOFs（NMOFs）。结构阐明基于广泛的表征。
为了生成MOFs的配位修饰，展示了一种提供精确和靶向结构修饰的方法，通常导致结晶度的最小损失，提高了MOFs的功能性，同时保持其结构完整性，使其成为先进应用的优越选择。MOF构建方法，无论是直接合成、后合成修饰还是模板合成，对于高度复杂应用的发展都至关重要。
Morselli, Rever和Genger提到，具有发光和光化学有用激发态的d金属配位化合物的合理设计需要考虑复杂的设计因素。他们强调激发态寿命和发光量子产率取决于配位环境。使用密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT），已经详细研究了许多氧化物的带边电子结构。实际上，Bourgois和Troian-Gautier提到，自2011年以来，研究人员提出了d层过渡金属氧化物（Transition Metal Oxides, TMOs）开壳带边性质的问题，因为它们代表了光电化学应用的限制。实证研究表明，开壳（d0）或闭壳（d10）d壳层TMOs的光激发可以产生具有高太阳到化学能转换效率的长寿命载流子。例如，d0氧化物，如TiO2和SrTiO3，在光催化应用中已实现接近单位的量子效率，与较长的载流子寿命一致。尽管如此，大多数d0或d10 TMOs的光吸收仅限于太阳光谱的紫外区域，这是对可用太阳辐射量的明显限制。
配位环境适应性策略，包括光物理和光化学性质以及电化学热力学，影响，例如，环戊二烯基（Cyclopentadienyl, Cp）有机配体向用于烷氧基自由基多功能生成的软平台的转化。相关分析描述了使用钛茂的配体到金属电荷转移（Ligand-to-Metal Charge-Transfer, LMCT）光催化的催化平台，用于常用醇的官能化。铱配合物增强的构型稳定性使得配体交换得以进行，同时保持金属中心的立体化学信息，从而产生一类手性光催化剂。已经指出，在设计用于β,β′-二取代硝基烯烃不对称转移氢化的手性铱（III）金属配合物时的迭代最初关注氢键在实现结构预组织中的作用，以及在低催化剂负载量（0.25–2 mol%）下，也能有效催化吲哚对α,β-不饱和2-酰基咪唑的对映选择性Friedel-Crafts加成，获得高产率（75%–99%）和高对映选择性（90–98% ee）。
Wei等人基于配位键的低键强度导致MOFs的低化学稳定性，并与强共价键形成对比，确立了（COFs）在不利条件下表现出比MOFs显著更高的稳定性。因此，特定MOF和COF组分的组合可以产生一类称为共价金属有机框架（Covalent Metal-Organic Frameworks, CMOFs）的新型晶态多孔材料，包括具有先进特定功能的结构复杂性，并且反过来规划了制备网状材料的新合成方法。众所周知，MOFs是通过配位键由金属簇（或离子）和有机配体构建的（图6a），而COFs是通过共价键由有机构建块制备的（图6b）。因此，当金属离子被移除时，CMOFs的网络结构将会分解（图6c）。配位键和共价键都影响CMOFs的稳定性。相比之下，只有共价键相连以提供MCOFs的骨架，例如，包含金属络合物salen、金属卟啉和金属酞菁的网络。当金属离子被移除时，MCOFs的框架保持完整（图6d）。MCOFs的稳定性主要取决于其共价键的坚固性，因为它们在框架连接中起主要作用。为了进一步阐明分类，MOFs、COFs、MCOFs和CMOFs之间的关系总结在图6e中。
在网状化学领域，Vitaku和Dichtelson已经研究了基于N-芳基二苯甲酮亚胺转移的亚胺或β-酮烯胺连接的COFs，可用于能量存储设备、质子传导膜和催化剂载体。
网状修饰在保持整体拓扑结构的同时，使我们能够观察减轻多孔性带来的缺点的方法有效性。Freund等人报道的“贯穿键合”途径是一种特别适合网状修饰的方法。网状修饰通常依赖于保持MOF的次级构建单元（Secondary Building Unit, SBU），同时修饰有机连接体。一个例子是MOF-74（M2(DOBDC)和M2(DSBDC)；(H4DOBDC = 2,5-二羟基对苯二甲酸，H4DSBDC = 2,5-二巯基对苯二甲酸，M = 二价金属）的导电类似物。这些材料呈现连续的‒O─M-或‒S─M-链，这是电荷传输的主要路径，并沿六角形孔道延伸。甚至疏水和亲水单元的位置修饰。
已经指定了合成金属簇或SBU的一种新方法，该方法涉及通过使用切割化学完全拆解从预形成的MOFs中提取它们。为此，初始MOF前体必须包含目标SBU，仅通过包含可切割键的键连接。
MOFs在生态系统中的应用日益增多。这种结合受天然有机物吸附到MOF结构上的界面过程控制，形成重新定义其表面性质和吸附能力的生物分子冠。因此，修改MOF的化学性质可能会无意中改变其冠及其生物相互作用。可能的是，有机键的变化或官能团的添加可以有利于不同生物分子组的吸附，赋予每个MOF独特的冠特征，并开辟新的研究途径。
不应忽视MXenes，突出关键的合成和生产方法。在这方面，de Sousa Silva, Fileti和Colherinhas描述了优化MXenes性能的创新方法，指定了它们在高性能设备电极中的适用性。
MXenes在金属（M）和碳/氮（X）位点具有两个组成变化位点，为调整其性能提供了有前景的可能性。X位点的固溶体包括碳氮化物MXenes。显然，多M MXenes受到了特别关注，成为高熵固溶体MXenes的极端例子。使用多种M元素的好处在于可以显著扩展结构和化学多样性，产生单M MXenes无法实现的新化学、磁性、电子和光学性质。MXenes的通式为Mn+1XnTx，其中M、X和Tx分别代表早期过渡金属（Ti、V、Nb、Mo等）、C和/或N以及表面官能团（通常为O、OH、F、Cl），n可以在1到4之间。MXenes作为一类材料具有显著的特性，例如高电导率、非线性光学性质、溶液可加工性、可扩展性和易于合成、氧化还原能力以及可调表面性质。图7根据金属位点的变异性对MXenes进行了广泛的视觉描述；并且反过来，基于金属位点的变异性，也基于形成的不同类型的多M MXenes。
Gogotsi及其研究小组对Ti2.5Ta2.5AlC4和Ti2.675Nb2.325AlC4的结构报告揭示，Ti2.5Ta2.5C4的结构与Mo4VC4具有相同的鱼骨形状，表明它可能属于特征的M5X4族。基于光学和热分析，该材料显示出其他MXenes中未发现的有前景的性质。此外，使用密度泛函理论（DFT），可以预测这些材料的相是否稳定。
MOFs和二维（2D）MXene片层组成的混合纳米材料的探索为开发用于多样化应用的先进材料提供了有趣的机会。这些由MOFs和MXenes组成的混合架构表现出优异的协同效应，结合了MOFs的卓越表面积和可调孔隙率与MXenes的高电导率和机械强度。
“精确和特定的分子架构”。共轭体系的实际几何形状由扭曲的π组分和σ骨架的对称化力之间的精细平衡决定。
关于镧系元素四链螺旋体[Ln2L4]2‒（Ln = La3+, Eu3+, Gd3+；L = LB, LM）的报告（如图8A所示）从非手性组分自组装，使用Bailar扭曲通过DFT计算详细说明了分子内螺旋度反转机制，这为配体在柔韧性和刚性方面的性质提供了见解，这些在分子内螺旋体的扭曲活化能中起着至关重要的作用。值得注意的是，手性客体的引入允许通过从客体到主体的手性转移来控制螺旋体的外消旋混合物（M或P）的平衡，从而决定固有的对映体过量，如图8B所示。
考虑到将手性有机化合物掺入金属卤化物亚基以产生具有通过结合手性配体到其表面而诱导手性的金属卤化物半导体（Metal Halide Semiconductors, MHS）的战略基础，纳米结构自组装成手性超结构是可行的。
寻找设计合成具有有序结构的有机半导体的方法与设计基于独特COF的平台的复杂性并非无关，这些平台能够将有机π单元共价整合到周期性有序的π结构中，从而促进具有扩展但精确定义的π架构的半导体的开发。在这方面，Jiang及其合作者团队指出，自2008年以来，在半导体COF的结构发展方面取得了有价值的进展，这反过来说明了基于典型聚合反应的连接化学和合成策略。基于[1]苯并噻吩[3,2-b][1]苯并噻吩（[1]Benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene, BTBT）的有机半导体的分子设计能够形成不同的分子组装状态，如单晶、液晶和双层薄膜，而不影响载流子迁移率。考虑到这一点，已经描述了四癸酰胺取代的BTBT衍生物（−CONHC14H24）的合成，其中将N─H·O氢键单元引入BTBT半导体的π核心。Ueno等人详细说明了使用热前驱体方法形成氢键超分子半导体薄膜。根据反应条件，将具有π延伸的四苯并卟啉核心应用于紧密堆积的π堆积，以促进最佳电荷载流子传输。分子设计由带有酰胺基和十二烷基侧链的四苯并卟啉通过苯基键作为目标化合物组成，从而构建以双环[2.2.2]辛二烯为前体系统的稠合卟啉衍生物。
在Feldmann主导的明确讨论中，论证了超分子网络与传统半导体之间的联系。该工作的主要目标之一是证明在何种程度和何种情况下，手性与自旋之间存在于这种广泛的材料类别中，并探索手性光-物质相互作用的复杂机制，以及用于表征它们的方法，当然，还有它们当前和未来的应用。
缺电子的苯并[de]异喹啉[1,8-gh]喹啉四甲酸二酰亚胺（Benzo[de]isoquinolin[1,8-gh]quinolinetetracarboxylic Diimide, BQQDI）已被表征为n型有机半导体（Organic Semiconductors, OSCs）的π电子系统。虽然BQQDI与苝二酰亚胺（Perylene Diimide, PDI）具有结构相似性，但BQQDI中结合的电负性氮原子提供了最低未占分子轨道（Unoccupied Molecular Orbital, LUMO）能级，从而在空气中提供稳定的电子传输。苯乙基取代的对称BQQDI（PhC2–BQQDI）表现出多重分子间相互作用，如BQQDI的π电子核心之间的C−H···N和C−H···O氢键，以及苯基之间的C–H···π相互作用，导致具有不同电荷传输和对动态无序恢复力的组装体。
如前所述，技术点架构正在为新的进步铺平道路。因此，有机发光二极管（Organic Light Emitting Diodes, OLEDs）已经使用分子主体中的发光分子创建。基于这一前提，Meijer和Friend及其团队报告了一种器件，该器件在手性有序超分子组装体中使用三唑并三烯（Triazatruxene, TAT）系统实现了绿色圆偏振发光（Circularly Polarized Luminescence, CPL），不对称性达到24%。这些作者表明，TAT通过将角动量与价带和导带相关联而组装，获得令人满意的CPL。遵循这一准则，由手性侧链的点手性诱导的分子不对称性，可以在具有离散分层状态的非典型分子自组装系统中被放大。
精确确定原子机器学习（Machine Learning, ML）模型的计算性能和应用范围的一个特定描述是分子几何形状的表示或编码。大多数模型假设空间局部性，只允许附近原子之间的相互作用。在这方面，Tretiak及其小组详细说明了能够描述非局域量子效应的ML模型。基于ML的新工作流程甚至正在改变表面科学及其与热力学稳定性、表面光谱学和非绝热动力学关系的应用。Toyao等人也构想了这一图谱，指出ML技术不仅提高了高特异性催化剂的发现，而且构成了一个强大的工具，更好地理解材料性质与其选择性催化活性之间的关系。
“碳硼烷结构”。二碳代闭式十二硼烷（Dicarba-closo-dodecaboranes, C2B10H12）是最常见的碳硼烷类型，其结构异构体被称为邻碳硼烷或1,2-碳硼烷；间碳硼烷或1,7-碳硼烷；对碳硼烷或1,12-碳硼烷，它们因两个碳原子的相对位置不同而异。这些异构体在极性上表现出细微差异，其中1,12-闭式异构体极性最小。闭式碳硼烷是稳定的二十面体簇，包含离域电子的3D结构；这些分子中广泛σ键结构中电子的离域产生三维芳香性。
除了在构建超分子组装体中的重要性外，吡唑因其光诱导电子转移性质而被分子修饰。因此，Noori等人合成了一系列邻碳硼烷稠合吡唑。他们观察到，虽然硼笼保持其芳香性，但吡唑的芳香性并未保留而是丧失。这很容易得出结论，邻碳硼烷稠合吡唑的形成不利，而是邻碳硼烷稠合吡唑啉，它们不是芳香族化合物。这种行为的原因在于平面杂环的π分子轨道（Molecular Orbitals, MOs）与碳硼烷的n+1 MOs之间的有限重叠，阻止了两个稠合组分之间显著的电子离域。对于π电子给体阴离子化合物，局部B‒B键被拉长，但对位的C─C键没有。这意味着B─B键的σ*轨道被填充，但C─C键的σ*轨道没有，而后者通常更灵活。碳硼烷的重要性在于硼氢化物簇，其中一个或多个BH顶点被CH单元取代。因此，许多特性受到青睐，例如其几何形状、热和化学稳定性以及疏水分子表面，使其在配位化学和超分子化学的研究中极具吸引力。由于这种广泛适用性，基于碳-硼分子簇的多种结构继续被开发。例如，Zheng等人进行了一种金催化的邻碳硼烷在B(9)-H位点与1,6-烯炔的区域选择性烷基化。他们指出，烷基化是通过将由1,6-烯炔的金催化5-exo-dig环化原位产生的外环丙基金卡宾插入邻碳硼烷结构的B(9)-H键中来实现的。
继续描述碳硼烷，Vonnemann等人将二碳代闭式十二硼烷描述为具有两个相邻碳原子的3D中性二十面体芳香硼氢化物簇，其稳定性与苯相当。在此描述下，他们概述了关于合成基于碳硼烷的拓扑多齿卤素键给体、它们在溶液中的路易斯酸性以及它们在有机催化中应用的开创性工作。
另一方面，White等人报道了解析自组装单分子层（Self-Assembled Monolayers, SAMs）内弱相互作用的复杂性，包括在几个自组装分子系统中发生但被忽略或被强得多的相互作用所掩盖的偶极-偶极相互作用的重要性。作者设计并表征了一种新型1,2-二碳代闭式十二硼烷-9,12-二硫醇衍生物，该衍生物以前曾用作SAMs的组分，证明了硫醇基团的酸性如何影响其吸附。这种新衍生物，1,2-二甲基-1,2-二碳代闭式十二硼烷-9,12-二硫醇，是其母体分子标记有两个远端甲基的版本，在其各自的SAMs中具有与其母体及其异构体1,2-二碳代闭式十二硼烷-1,2-二硫醇相同的横向空间位阻要求。这些努力极大地推动了碳硼烷骨架在超分子合成中的应用。由于碳硼烷中B-H键的相似或甚至相同的化学环境（如图9所示），化学家们一直关注通过超分子化学实现这些键的选择性。相反，Guo等人观察到间位取代的二苯乙炔碳硼烷的明显电子效应。他们确定带有给电子基团的底物比带有吸电子基团的底物具有更高的产率。
另一个因素是邻位取代的二苯乙炔碳硼烷中的空间位阻影响反应性。对于二杂芳基炔烃，噻吩基和呋喃基炔烃提供了分离产物，产率为85%至99%，并且具有优异的对映选择性，电负性为92%–95%。Jiang等人致力于B─I官能化后钯1,4迁移，可以在一步反应中产生双官能化的邻碳硼烷。他们还报道了一种钯催化的3-碘邻碳硼烷与炔烃的烯基化-碘迁移级联反应系统，该系统结合了钯1,4迁移对B─I和B─H笼键的顺序激活，具有优异的区域选择性。
芳香性被认为是现代有机化学中最重要的概念之一。同样，在现代意义上，该术语涉及典型性质或特定结构。事实上，人们普遍认为，芳香性和芳香性这两个术语都与具有比o-核更具可极化π-电子的环状化合物的基态性质有关。其他芳香性标准包括三维性（3D-aromaticity），由Aihara在1978年引入，当时他使用Hückel（El Bakouri）分子轨道理论方法分析多面体硼烷。非常规形式的芳香性也在实验中被详细说明，例如大环和金属环中的莫比乌斯芳香性，固态中所有金属的σ芳香性，以及电子激发态的芳香性。
磷的平均电负性为2.19，具有五个价电子。因此，它可以形成多种共价键，通常由不同的价态表示。在P=C的情况下，双键可以作为共轭体系的一部分，如磷杂苯（σ2,λ3-P）；另一方面，利用磷的孤对电子，可以形成吡咯型体系（σ3,λ3-P）。在任何情况下，正如Kelemen及其合作者所指出的，反应能随空间位阻大小的增加而略有增加，这与磷原子的平面化一致，导致磷杂环体系更大的芳香性。反过来，与碳硼烷基团融合后，芳香稳定性降低；所有这些结合在一起，实施了更吸热的反应。
一个有趣且也许显而易见的方面是取代基并入苯基和/或蒽基的电子作用，使我们能够根据光物理测量结合晶体学数据和热分析的结果，描绘热响应发光性质的机制。固体状态下Ccage‒Ccage键伸长在C,C´-二芳基邻碳硼烷衍生物的温度依赖性发光性质中起着关键作用，这在实验和理论上都是固有的。
通过具有螺旋烯、方酸菁和聚芴等有机分子的超分子组装，可以通过π‒π堆积形成螺旋结构。在这些结构中，单个分子中的跃迁与相邻分子中的简并跃迁耦合，形成扭曲几何结构，导致手性激发态作为激子耦合的结果。Robinson及其同事探索了在无机半导体纳米晶体中形成手性光学响应的广泛激子耦合并简要讨论了无机半导体与其有机类似物之间的差异。
“超分子聚合及其正交相互作用”。自组装是自然界中从纳米到宏观尺度创造物体的关键概念，提供了在形式、形状和功能上卓越且无与伦比的特征。自组装系统可以达到能量最小值，其中阻碍动态交换的能量垒在组装过程中变得动力学受阻。这增加了未达到热力学平衡的可能性，这会显著扰动超分子聚合物的结构。
同样，对表现出由氨基酸和二硫化物单元构建的螺旋结构之间构象动力学的合成共价聚合物的详尽分析，并且能够回收成原始小分子，已经揭示了由非共价键（如氢键）和动态共价键在耦合化学平衡中微妙协同产生的双重动态特性，其热力学遵循具有非零热容变化（ΔCp）的非线性van't Hoff方程，由Zhang, Qu, Feringa及其同事提出。作者将热容变化作为正交相互作用之间协同性的度量，为理解超分子系统中的路径复杂性提供了一个新的热力学框架。
由于通过组合动态共价键的可逆性和超分子相互作用的超分子聚合的巨大概念价值，已经建立了基于平衡动态组合库（由质子化N-脂肪族亚胺和芳香胺组成）向耗散动态组合库（由N-芳香亚胺和脂肪胺组成）转化的策略，该库由活化羧酸（Activated Carboxylic Acid, ACA）驱动。强调非共价相互作用与自组装之间平衡的研究也强调了空间效应对抑制面对面堆积相互作用的超分子聚合物热力学稳定性的增强。正是在这一精确焦点上，两种具有庞大间位取代基（苯基和异丙基）的硼二吡咯亚甲基（Boron Dipyrromethene, BODIPY）染料及其在非极性介质中的自组装与中位甲基母体BODIPY一起，已被Neugebauer和Fernández及同事仔细研究。证实这一点的是通过适当和系统地改变BODIPY间位取代基的体积（如图10所示），这是一个空间上允许的热力学控制的H型超分子聚合物化的非常规情况。
抑制面对面堆积相互作用的途径的增加的热力学稳定性可以通过由正交排列的芳香取代基的C─H···F─B分子间相互作用产生的焓增来解释，这超过了它们固有的空间需求。
超分子双聚合物网络（Double Polymer Networks, DN）由丙烯酸正丁酯的可逆加成断裂链转移聚合和自互补氢键2-脲基-4[1H]嘧啶酮，或与金属离子形成配合物的2,6-双(1’-甲基苯并咪唑基)吡啶配体形成，结合了各个网络的特征，例如高热稳定性和优异的自愈能力。甚至，DN的机械特性可以通过选择性预拉伸其中一个网络来进一步提高，这通过超分子交联的可逆形成及其对刺激的正交响应而成为可能。
超分子聚合的进步包括一个探索单体对结构、动力学和交换路径影响和一般特征的极简模型。多尺度建模的重要性通过经典和高级模拟来获得对不同类型超分子纤维内部结构和动力学的全面表征。此外，纤维形成过程中可能形成的缺陷与组装过程中单体交换的最有利路径之间的紧密联系，被证明是内在特征。
超分子化学是一个专注于分子间非共价相互作用的独特化学领域，可以通过在纳米结构和基质之间的分子水平上利用和优化非共价相互作用来改善纤维素纳米复合材料的设计。通过精确调整这些超分子相互作用，有可能开发出符合绿色化学原理的纳米复合材料，表现出诸如可编程和可逆组装、对环境刺激的适应性、自愈能力、可控生物降解性、增强的机械强度以及可调的热、光和离子性质等优势，使其适用于能量存储、环境修复、传感器、执行器和智能材料等先进应用。
Roy, Schädler和Lehn解释了一系列具有多动态特性和多样化特征的系统，这些系统可以通过可逆和正交过程进行操作，以可切换的方式在功能复杂性级别上产生不同的物理性质。超分子化学与组分动力学和材料化学的结合预计将产生丰富的架构，始终着眼于具有适应性技术的新型过程和性质。
另一方面，iperoxo-azo是胆碱能毒蕈碱受体（Muscarinic Acetylcholine Receptor, mAChR）激动剂iperoxo的偶氮苯衍生物，其E和Z异构体表现出相似的生物活性。相比之下，iperoxo的双酯偶氮苯衍生物PhthalAzoIperoxo (PAI)在E和Z异构体之间表现出明显的生物活性差异。iperoxo-azo在光开关纳米纤维中的包封可能通过拆解和释放过程赋予它们光敏活性。可以想象，iperoxo-azo在纤维的E偶氮苯单元之间积累，并在紫外光照射下释放，有利于偶氮苯的Z异构体。
根据Aida, Meijer和Stupp在2009年发表的论文中解释，至少有两种不同类型的超分子聚合物，主要基于它们的形成机制。在第一种情况下，形成没有内部有序性的无规卷曲，类似于常见聚合物（无规卷曲超分子聚合物）。这种卷曲构象由类似等配超分子聚合物化形成，类似于大分子的逐步增长，并以高多分散性为特征。第二种类型的超分子聚合物是由分子单元组成的具有持续形状和高度内部有序性的纳米结构（有序超分子聚合物）。这种类型的聚合物由单体的协同自组装（成核-延伸）形成，与由共价键合单体形成的聚合物没有类似之处，因此产生有序的一维结构。
纳米级自组装能够形成复杂的纳米架构。开发的方法允许创建DNA规定的网络，这些网络可用于催化、光学和能源系统等应用。靶向表征方法也将为精炼广泛的自组装纳米材料提供前所未有的机会。
“超分子结构中的化学细节”。超分子结构在光电子活性材料中的作用离不开分子间相互作用。实际上，虽然在供体-受体染料中，光激发可以导致分子偶极矩的显著增加，或光增强偶极矩，但如果光激发染料在其激发态寿命期间与另一个染料相互作用，例如在密集堆积的层中，偶极聚集可以被增强。虽然分子手性可以通过不对称化学引入，但超分子手性是通过手性或非手性构建块的自组装介导的。在组装过程中，分子可以通过扭曲和弯曲或通过非共价相互作用的逐步位移堆积来连接。
另一方面，由于新的合成路线，合成子经常允许晶体工程的模式分类，因为它们提供了一种系统化的方法来理解不同分子如何自组织。
分子机器正在将其活动从固体界面的静态环境扩展到液体界面的更动态环境。这种顺序超越了用于控制分子机器的结构形成原则的改进。分子机器正在改变其活动范围，通过包含单个分子机器的积累来设计宏观物理性质，从而保持其基本功能。确实，通过宏观机械运动，分子机器可以用于控制分子机器。从这个意义上说，分子机器被归类为纳米构造学的一部分。通过分子单元的组装及其组织结构创建的分子机器也是纳米构造学的产物。这些元素可以在分子机器的纳米架构中观察到，并且可以通过技术和分析制造的进步驱动的进化来观察。
将分子机器发展为能够催化合成反应的功能性组装体的努力是无限的。确实，催化系统的现实对于现代技术至关重要，因为它们可以提高化学过程的速度、可靠性和效率。
“互连分子机器”。对于SCCs，MIMs可以被构型为轮烷、索烃、结和夹子，通过机械键结合在一起。这些分子因其受控运动的潜力和在分子机器中的使用而具有优势，在催化和光学中触发功能开/响应。在同一结构化学空间中，设计方面侧重于如何系统地修改具有过渡金属连接模式的轮烷的分子和大分子对象的活性配体的大小和维度。有些领域MICs本质上是有效的，例如分子识别、裂解和催化；然而，它们的合成本质上具有挑战性。在批判性评价中，Du等人特别强调MICs的合成策略和分子设计，同时不忽视它们的主体结合潜力，以及单体笼与索烃化笼的催化性能的结合。机械互锁笼（MICs）由两个或更多通过机械键复杂互锁的分子笼组成（图12a）。它们的发展涉及通过金属自组装的三重互锁配位笼（图12b,c）。这标志着从金属有机向纯有机结构的真实转变。
上述材料通过pretzelane、[1]轮烷和8字分子的合成进展而得到丰富。同样，共价键的纳入可以控制MIM的互锁组分的构象行为，甚至影响其性质。
一个已被证明有用的概念是参数，表明具有不同轴长度和刚性的二吡咯甲烷阻断[2]轮烷的大环化可以产生更高级的索烃。这个话题最近由Szyszko及其同事详细阐述。他们进一步指出，杯[4]吡咯的固有曲率促进了产物的形成，这些产物取决于大环化反应中引入的应变。在同一研究框架下由Coutrot领导，详细介绍了[2]轮烷内的化学键，提供使用可靠方法而无需断裂主链的互锁环状结构。
轮烷的分子架构可以调整以纳入放射性金属离子复合物、蛋白质或肽类药物以及用于光学检测的荧光团。基于上述，可以合成轮烷以获得放射性标记的蛋白质和肽，这可以作为癌症生物标志物体内分子成像的基础。生物标志物合成的一个例子是用镓-68或锆-89放射性标记的金属[4]轮烷，这是一种由β-环糊精和葫芦脲[6]尿催化协作合成的产物。
重新构建催化环境，但现在是在选择性非共价催化（Selective Noncovalent Catalysis, SNC）下使用小有机分子和过渡金属配合物，值得注意的是选择性源于导致主要产物的过渡态的稳定化。实验和计算研究之间的协同作用导致了负责选择性稳定化的高度特异性非共价相互作用的阐明。
催化剂可以相互转换不同类型的能量，无论是光能还是化学能，并利用它来形成或断裂化学键。利用分子机器的力量来控制催化功能带来了许多挑战，但也为合成领域提供了巨大潜力，解决了长期等待的具有显著功能的承诺，例如纳米技术，这被认为是分子机器的独特特征，无法通过孤立地关注其行为来理解。在一份手稿中，Reek及其合作者团队扩展了我们对活细胞中过渡金属催化的理解。他们还指出催化剂中毒是系统性的，因此，开发通过物理和动力学保护策略来提高细胞中催化剂反应性是一个挑战。
考虑到人工分子机器的催化活性可以通过作为变构效应剂的小分子来调节，它们与远端位点的相互作用和分子构象的修饰值得注意。变构超分子催化剂通常根据在开关和转子中观察到的相同原理操作，要么通过协同移动位点，要么通过立体阻碍块的移动暴露催化位点。
索烃和轮烷由于其组分的相对位置由可切换功能控制而发挥了重要作用。已经描述了许多催化系统的例子，其中催化活性通过一个子结构相对于另一个子结构的运动被激活和控制。在所有这些情况下，都需要外部刺激（无论是化学的还是物理的）来将催化剂从其活性形式切换到非活性形式，反之亦然。2-氰基-2-苯基丙酸的酸促进脱羧是一个主要例子，其中索烃仅通过质子化-去质子化步骤被激活和失活，而不需要额外的刺激。
其他研究人员专注于超分子纳米催化剂，特别是生物模拟系统，如氧化还原酶、水解酶和杂交系统，取决于它们的功能。超分子纳米催化剂与接收和放大胞外信号的潜在机制的对齐，可能促进天然代谢途径的重构。已经设计了几种手性C─H超布朗斯特酸用于在不对称催化中的应用，在对映选择性Mannich反应中。初步工作描述了在无水环境中使用化学计量的非手性质子源从硅氧羰正离子中间体中捕获三烷基硅正离子的催化循环。然而，存在多种因素导致酸-酸相互作用增加，影响了由手性布朗斯特酸介导的各种不对称转化的结果。在相关工作中，已经表明通过柔性氧亚丙基键连接两个1,1′-联-2-萘酚（BINOL）-磷酸可以促进设计用于1,3-偶极环加成反应的高效对映选择性双酸催化剂。将两个磷酸整合到交联双功能索烃结构中可以为喹啉的转移氢化产生立体选择性催化剂，ee值达98%。
Reid及其同事解释说，磷酸部分之间的直接氢键相互作用可以导致特定系统的对映选择性增强。此外，Niemayer及其同事研究了连接到两个磷酸部分的催化剂的相似性，该催化剂为2-苯基喹啉的氢化提供了高选择性，并断言了基于磷酸的催化剂优于常用的磷酸（Chiral Phosphoric Acids, CPAs）。
大环的光开关拓扑转变使客体释放成为可能，并表现出可控的结合亲和力和选择性。此外，已经证明了通过光活化组装和拆解各种机械互锁结构（如轮烷和索烃）的能力。这反过来突出了反应性控制和靶向光活化结构重组的潜力。
与类似研究一致，Wachsmuth等人通过通过分子马达的受控旋转对分子链施加双螺旋形状，产生了离散的、热力学上不利的缠结，为访问广泛的索烃、分子结和轮烷提供了一个概念模型。这些定制马达单元相对于其他系统的一个主要优势是热螺旋反转（Thermal Helix Inversion, THI）的活化能垒足够高，可以防止反应在低温下进行。这意味着旋转循环的每个连续步骤都可以是选择性的，允许控制在卷曲过程中形成的交叉点数量，从而在最终的机械互缠产物中控制。此外，光照诱导现有Z/E双键的光化学异构化，产生具有相反螺旋度的亚稳异构体，以产生THI并形成稳定异构体。自主的旋转和平移运动以及分子马达对组装、传输和催化的动态控制，以及运动放大、传播和耦合，是在分子、马达和人工分子机器（Artificial Molecular Machines, AMMs）的定向设计中具有悠久历史的属性。AMMs可以驱动次级齿轮单元的定向运动，可靠地传输和组装分子片段，并将运动从分子尺度转换到宏观尺度。
“结论”。一个始于1990年代末的密集研究初期，主要关注研究超分子相互作用，主要使用采用三重互锁配位笼的创新技术。这使研究人员能够克服配位体掺入相关的挑战，实现对超分子结构的精确控制，这些结构影响催化系统、吸附和发光。此外，探索用于形成合适MOF和配位体掺入的新型超分子组合为进一步增强MOF的多功能性和性能提供了巨大希望。而且，超分子动力学不仅由非共价相互作用驱动，还通过将可逆共价键纳入共价结构（如超分子聚合物）中来驱动，考虑分子动力学和热力学。正如任何知识领域一样，超分子因素正在成为材料科学的一个动态跨学科领域，致力于化学组分、材料性质和生物应用的适应性技术，甚至达到医疗实践，从实验室到病人的床边。
未来对MIMs的研究将取决于它们与纳米级设备、自组装材料和生物相关系统集成的能力，从而定义下一代分子工具和应用。正如本综述所强调的，机械纠缠分子不再仅仅是一种结构上的好奇心；相反，它们代表了一个强大的材料科学创新平台，为设计功能性、适应性和交互式分子系统提供了新策略。未来研究的一个指导性结论必须专注于改善MIMs在生物环境中的动力学稳定性，开发具有定制催化功能的MICs的可扩展合成路线，以及将MOFs与机器学习集成用于预测性材料设计。
在碳硼烷、MOC和MOF结构的潜在功能中的主要挑战在于确定所需性质并选择其结构和组成。例如，这些材料用于传感应用的预期用途与用于药物递送或治疗目的的非常不同。在治疗应用中，例如，多功能MOFs可以利用磁性纳米粒子在整个生物系统中引导和监测纳米粒子在所需部位释放的初始转化，并结合化疗和光动力治疗方法。这提出了一个问题：这些材料的分子架构的适用性是否足够精确以设计特定应用，或者是否应该为多种应用量身定制。
