王仲夏在手性二维钙钛矿分子铁电体领域取得研究进展

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近日，我校国际有序物质科学研究院教师王仲夏在手性二维钙钛矿分子铁电体领域取得研究进展。在熊仁根教授提出的“铁电化学”思想指导下，通过精准修饰有机阳离子，引入手性中心，成功合成了首例二维同手性杂化碘化铅钙钛矿热致色变分子铁弹铁电体，这一发现为手性钙钛矿铁电体的设计提供了一条有效途径，并对多功能钙钛矿材料的开发与设计具有重要意义。

二维手性钙钛矿铁电体设计路径（a）和VCD及红外谱图（b）。二维手性钙钛矿的铁电相变性质（c-f）；铁弹畴演变（g-i）以及热致变色性质（j）。

        手性层状铅碘钙钛矿铁电体融合了手性材料、分子铁电材料和有机-无机层状铅碘钙钛矿材料的性能优势，同时具有光学活性、铁电性、压电性、热释电性、发光、半导体特性等多种性质，是一类极具发展前景的新型手性多功能材料。根据诺埃曼原则，铁电体必定属于10个极性点群，单一手性分子的引入能有效保证非中心对称晶格的形成，使其极大可能地结晶在5个手性极性铁电点群（ C 1， C 2， C 4， C 3， C 6）之中，并表现出铁电性。因此，在晶体中引入手性分子将会是设计分子铁电体一个非常有效的策略。
        该项研究以二维铅碘钙钛矿( N -benzylethane-1,2-diaminium)PbI4作为母体，在二价有机胺阳离子上修饰一个甲基以引入手性，精准地设计出首例具有热致变色、铁弹性和铁电性的二维层状单一手性铅碘钙钛矿：[( R and  S )- N -(1-phenylethyl)ethane-1,2-diaminium]PbI4（图1a）。振动圆二色性（VCD）测试证实了 R 和 S 两种构型的对映体特征（图1b）。在378 K左右，它们都经历了222 F 2型的顺电-铁电行为（图1c-f），并伴有清晰的铁弹畴演变（图1g-i）。此外，它们还表现出明显的可逆热致变色现象，颜色由室温下的橙黄变为高温下的橙红色。它们的半导体特性也随之发生明显改变，其直接带隙从2.48 eV降低为2.35 eV（图1j）。据了解，在二维单一手性钙钛矿中发现集成铁电性、铁弹性和可逆热致变色现象极其罕见。
        相关成果以“Unprecedented 2D Homochiral Hybrid Lead‐Iodide Perovskite Thermochromic Ferroelectrics with Ferroelastic Switching”为题发表于化学类顶级期刊《德国应用化学》 （  Angewandte Chemie International Edition  ） 。文章的第一作者是南昌大学的博士研究生曾毓灵，王仲夏老师是唯一通讯作者。该工作得到了南昌大学国际有序物质科学研究院、国家自然科学基金重大项目、国家自然科学基金青年科学基金项目的大力支持。
        原文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202102195


         文章来源：南昌大学
         王仲夏，南昌大学教授。主要从事分子铁电材料、有机-无机杂化介电相变材料的设计与合成以及性能研究。通过有机合成手段修饰有机小分子胺，并与无机酸或金属盐作用，合成得到结构相变的化合物，从中筛选具有显著介电/铁电相变的材料。在筛选与表征分子铁电体、化学分子设计等方面都积累了一定的理论与实验经验。迄今发表SCI论文30余篇，论文累计被引300余次，其中以一作或通讯作者身份在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Nat. Commun.等专业学术期刊上发表论文数篇。

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