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 本網(wǎng)訊（國(guó)際有序物質(zhì)科學(xué)研究院）近日，我校國(guó)際有序物質(zhì)科學(xué)研究院廖偉強(qiáng)教授獨(dú)立指導(dǎo)化學(xué)學(xué)院本科學(xué)生，發(fā)現(xiàn)了首對(duì)具有單一手性的亞硝酸鎳鈣鈦礦分子鐵電體： R - 和 S - N-fluoromethyl-3-quinuclidinol]Ni(NO₂)₃ ([( R 和 S )-FMQ]Ni(NO₂)₃)。相關(guān)研究成果以“Homochiral Nickel Nitrite ABX₃ (X = NO₂^?) Perovskite Ferroelectrics”為題發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)刊物 Journal of the American Chemical Society 《美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)志》上。

具有單一手性的[ R - 和 S -FMQ]Ni(NO₂)₃在室溫下，結(jié)晶于極性-手性點(diǎn)群 C ₂（空間群 P 2₁）。[( R 和 S )-FMQ]Ni(NO₂)₃呈現(xiàn)出典型的六方密堆積的ABX₃型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。[( R 和 S )-FMQ]Ni(NO₂)₃的對(duì)映異構(gòu)關(guān)系可由VCD（振動(dòng)圓二色譜）譜圖證實(shí)。值得注意的是，[( R 和 S )-FMQ]Ni(NO₂)₃的居里點(diǎn)（ T _c）高達(dá) 405 K，相較于無(wú)氟取代的對(duì)應(yīng)鈣鈦礦材料[( 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的鐵電性已通過(guò)電滯回線(xiàn)測(cè)試得到證實(shí)，其具有大的飽和極化值（ P _s）12 μC/cm²。這一研究成果不僅揭示了利用具有單一手性的結(jié)構(gòu)單元，在精準(zhǔn)設(shè)計(jì)具有高居里點(diǎn)的分子鐵電材料中的巨大優(yōu)勢(shì)，更為開(kāi)發(fā)和優(yōu)化新型手性亞硝酸鎳基分子鐵電體提供了合理可行的途徑。

據(jù)悉，手性現(xiàn)象廣泛存在于自然界中，小至生物體的逐級(jí)組成單元，如：酶、蛋白質(zhì)、DNA及RNA等，大至廣袤無(wú)垠的宇宙，這無(wú)疑是自然界最基本的屬性之一。1920年，Joseph Valasek在具有單一手性的分子晶體羅息鹽（ L -酒石酸鉀鈉四水合物）中首次發(fā)現(xiàn)了鐵電性。這不僅開(kāi)創(chuàng)了近百年來(lái)無(wú)機(jī)陶瓷鐵電材料（如PZT和BTO等）在信息存貯、制動(dòng)器等諸多電子器件領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，更預(yù)示了鐵電性與單一手性間存在著緊密的內(nèi)在對(duì)稱(chēng)性聯(lián)系。在鐵電性允許存在的10個(gè)極性點(diǎn)群中，有5個(gè)是極性-手性點(diǎn)群（即 C ₁、 C ₂、 C ₄、 C ₃和 C ₆），對(duì)應(yīng)于22種手性-手性鐵電相變。顯然，與非手性或外消旋化合物相比，由單一手性分子構(gòu)成的晶體在五個(gè)極性-單一手性點(diǎn)群中結(jié)晶的可能性更大，這為定向設(shè)計(jì)具有單一手性的分子鐵電材料提供了一種合理的方法，這是分子材料相較于無(wú)機(jī)陶瓷所特有的優(yōu)勢(shì)。

 論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c02580

編  輯：明海偉

責(zé)任編輯：許  航