廖伟强课题组JACS：发现首例具有单一手性的亚硝酸镍钙钛矿分子铁电体

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国际有序物质科学研究院廖伟强教授独立指导化学学院本科学生，发现了首对具有单一手性的亚硝酸镍钙钛矿分子铁电体： R - 和 S - N-fluoromethyl-3-quinuclidinol]Ni(NO2)3 ([( R 和 S )-FMQ]Ni(NO2)3)。相关研究成果以“Homochiral Nickel Nitrite ABX3 (X = NO2−) Perovskite Ferroelectrics”为题发表在化学领域顶级刊物 Journal of the American Chemical Society 《美国化学会会志》上。

       具有单一手性的[ R - 和 S -FMQ]Ni(NO2)3在室温下，结晶于极性-手性点群 C 2（空间群 P 21）。[( R 和 S )-FMQ]Ni(NO2)3呈现出典型的六方密堆积的ABX3型钙钛矿结构。[( R 和 S )-FMQ]Ni(NO2)3的对映异构关系可由VCD（振动圆二色谱）谱图证实。值得注意的是，[( R 和 S )-FMQ]Ni(NO2)3的居里点（ T c）高达 405 K，相较于无氟取代的对应钙钛矿材料[( R 和 S )-FMQ]Ni(NO2)3（ T c = 372 K），其 T c提高了33 K。
[( R 和 S )-FMQ]Ni(NO2)3的铁电性已通过电滞回线测试得到证实，其具有大的饱和极化值（ P s）12 μC/cm2。这一研究成果不仅揭示了利用具有单一手性的结构单元，在精准设计具有高居里点的分子铁电材料中的巨大优势，更为开发和优化新型手性亚硝酸镍基分子铁电体提供了合理可行的途径。
       据悉，手性现象广泛存在于自然界中，小至生物体的逐级组成单元，如：酶、蛋白质、DNA及RNA等，大至广袤无垠的宇宙，这无疑是自然界最基本的属性之一。1920年，Joseph Valasek在具有单一手性的分子晶体罗息盐（ L -酒石酸钾钠四水合物）中首次发现了铁电性。这不仅开创了近百年来无机陶瓷铁电材料（如PZT和BTO等）在信息存贮、制动器等诸多电子器件领域的蓬勃发展，更预示了铁电性与单一手性间存在着紧密的内在对称性联系。在铁电性允许存在的10个极性点群中，有5个是极性-手性点群（即 C 1、 C 2、 C 4、 C 3和 C 6），对应于22种手性-手性铁电相变。显然，与非手性或外消旋化合物相比，由单一手性分子构成的晶体在五个极性-单一手性点群中结晶的可能性更大，这为定向设计具有单一手性的分子铁电材料提供了一种合理的方法，这是分子材料相较于无机陶瓷所特有的优势。
       论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c02580、
       文章来源：南昌大学


       廖伟强，1991年2月生，博士。2017年3月获东南大学博士学位，现为南昌大学国际有序物质科学研究院校聘教授。主要从事分子铁电体的设计合成与性能研究。迄今发表SCI论文70余篇，论文累计他引超过1700 次，个人H-指数25。以第一作者（含共同一作）或通讯作者（含共同通讯）身份在Science（2篇）、J. Am. Chem. Soc.（4篇）、Adv. Mater.（3篇）、Nat. Commun.（1篇）、PNAS（1篇）等国际知名期刊上发表论文34篇。其中5 篇ESI 高被引论文，1 篇ESI 热点论文，单篇最高他引157次。入选第四届中国科协青年人才托举工程，并主持国家自然科学基金重大研究计划培育项目、国家自然科学基金青年基金项目、江苏省自然科学基金青年基金项目等科研项目。