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我校鐵電化學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)雜原子冠醚類(lèi)新型鐵電體

作者:時(shí)間:2025-09-28
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本網(wǎng)訊(國(guó)際有序物質(zhì)科學(xué)研究院)近日,在《鐵電化學(xué)》理論框架的指導(dǎo)下,南昌大學(xué)國(guó)際有序物質(zhì)科學(xué)研究院陳曉剛教授、廖偉強(qiáng)研究員、艾勇研究員等通力合作,提出不對(duì)稱(chēng)配位設(shè)計(jì)策略,精準(zhǔn)構(gòu)筑了首例雜原子冠醚類(lèi)分子鐵電體。研究成果以“Asymmetric Coordination Designed Heterocrown Ether Host-Guest Ferroelectrics with Ultrahigh Tc”為題發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》(Journal of the American Chemical Society)上,該工作由南昌大學(xué)獨(dú)立完成。

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圖1. 不對(duì)稱(chēng)配位設(shè)計(jì)策略精準(zhǔn)構(gòu)筑雜原子冠醚類(lèi)主客體鐵電體

鐵電晶體必須結(jié)晶在十個(gè)極性點(diǎn)群之一。然而,傳統(tǒng)冠醚分子因結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng),易與金屬離子形成中心對(duì)稱(chēng)配位環(huán)境,導(dǎo)致絕大多數(shù)金屬冠醚主客體化合物結(jié)晶于中心對(duì)稱(chēng)點(diǎn)群,不具有鐵電性。在《鐵電化學(xué)》理論框架的指導(dǎo)下,本研究通過(guò)替換冠醚環(huán)中的一個(gè)氧原子為?NH?基團(tuán),構(gòu)建不對(duì)稱(chēng)配位環(huán)境,打破結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)約束,設(shè)計(jì)合成了首例雜原子冠醚類(lèi)主客體鐵電體。如圖1所示,與母體化合物M(NO3)2(18-冠-6)(M = Pb2+ 或Cd2+)的對(duì)稱(chēng)配位不同,M(NO3)2(1-氮雜-18-冠-6) 中M2+離子的配位環(huán)境呈現(xiàn)明顯不對(duì)稱(chēng)性,從而實(shí)現(xiàn)反演中心(i)與鏡面(σ)的可控對(duì)稱(chēng)性破缺并成功誘導(dǎo)出鐵電性。值得關(guān)注的是,Pb(NO3)2(1-氮雜-18-冠-6) 表現(xiàn)出高達(dá)470 K的居里溫度,創(chuàng)下當(dāng)前冠醚基鐵電體的最高紀(jì)錄。如此高的居里溫度源于主客體化合物中常見(jiàn)的無(wú)序旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),以及1-氮雜-18-冠-6中-NH-基團(tuán)獨(dú)特的面外翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的協(xié)同作用。

這項(xiàng)研究工作是《鐵電化學(xué)》理論框架指導(dǎo)化學(xué)設(shè)計(jì)分子鐵電體的又一成功例子,拓展了冠醚類(lèi)鐵電體家族,也為精準(zhǔn)構(gòu)筑高性能分子體提供了新思路。

原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c11537

審核:許航、涂金鳳、朱文芳、徐翰