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    我国科学家发现无机钙钛矿的“孪生兄弟”:有机钙钛矿铁电体

    日期 2018-07-18   来源: 化学科学部    作者: 付雪峰 董建华 陈拥军   【 】   【打印】   【关闭

    图. A.无金属钙钛矿铁电体的结构示意图。B. MDABCO-NH4I3铁电性测试的电滞回线数据。C. 具有不同手性的R-3AQ-NH4Br3及S-3AQ-NH4Br3的结构示意图及其振动圆二色(VCD)光谱。

      在国家自然科学基金项目(项目编号:21290172,91222101,91622113, 21573041,21571094)等资助下,东南大学的研究团队和南昌大学等单位合作,发现了一类17种新型全有机钙钛矿铁电体。研究成果以“Metal-Free Three-Dimensional Perovskite Ferroelectrics(无金属三维钙钛矿铁电体)”为题于2018年7月13日在Science(《科学》)以“article(长文)”形式在线发表。论文链接:http://science.sciencemag.org/content/361/6398/151

      钙钛矿材料是功能性材料的一个重要家族,由于其组成及结构的灵活性和多变性,可以包容多种不同类型的有机或无机离子,该类材料具有许多优异的物理、化学性质和独特的功能特性,在能源、材料、信息、催化等多个领域都具有重大应用价值。除了自然界广泛存在的无机硅酸钙钛矿外,人造无机钙钛矿材料如钛酸钡(BaTiO3,BTO)和有机-无机杂化钙钛矿材料由于其优异的铁电、压电、光电及催化等性质,一直以来都是物理、化学、材料等研究领域中的焦点之一。

      在钙钛矿材料的大家庭里,除了纯无机、无机-有机杂化两种类型外,还有第三类成员,即通过有机分子基团替换金属阳离子而构成的具有钙钛矿结构的有机分子材料——无金属钙钛矿(Metal-Free Perovskites)。尽管 Science(《科学》)杂志曾在2002年的“Research Highlight(研究亮点)”栏目中描述了无金属钙钛矿的诱人前景,但迄今为止尚无无金属钙钛矿铁电体的报道。

      熊仁根、游雨蒙团队报道了具有优异的铁电特性、多重极轴及光学活性等特性的三维钙钛矿结构(通式A(NH4)X3,其中A为有机正离子基团,X为卤素,见附图A)。该团队发现了一大类共17种新型全有机钙钛矿铁电体,其中不但有铁电性能接近并超越无机陶瓷BTO的MDABCO-NH4I3(附图B),还有世界第一例同时具有左手、右手对映体的铁电体R-3AQ-NH4Br3及S-3AQ-NH4Br3(附图C),实现了十余年来人们对具有旋光性钙钛矿材料的期盼。首次发现包含左、右手光学活性的铁电体,为光学偏振态的调制与操控提出新方法,也为铁电材料在量子通信、光学工程等领域中应用开拓新途径。




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