5月26日,美國《Science》雜志在Editors’ Choice欄目(《Science》,Volume 356, Issue 6340)中以“Perovskite ferroelectricbond-switching”為題對我校化學學院張偉雄副教授團隊關于分子鐵電材料方面的最新研究成果(發表于《J. Am. Chem. Soc.》2017年139卷,論文鏈接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b01334;《Science》報道原文鏈接:http://science.sciencemag.org/content/356/6340/817.7)進行了點評報道,認為該研究工作不僅利用新的鐵電相變機理實現了一例性能優越的高溫多軸鐵電體進而獲得了可實用的鐵電薄膜,而且展示了如何利用較弱的配位鍵在分子晶體中實現傳統無機材料難以實現的涉及“配位鍵斷裂與重組”的結構相變,為開發新型分子材料打開了新的大門。據了解,《Science》雜志在Editors’ Choice欄目介紹其他學術刊物的成果數量非常有限,其中來自中國作者的成果更為罕見。
《Science》雜志Editors’ Choice欄目點評我校化學學院張偉雄副教授團隊的最新研究成果
鐵電材料兼有鐵電性、熱釋電性、壓電性、介電性以及非線性光學效應等重要特性,可用于制作信息存儲、紅外探測、換能器等各類重要基礎元器件,是當前功能材料中非常活躍的研究領域之一。順電相與鐵電相之間的結構相變是開發鐵電材料的重要基礎,自1921年發現首例鐵電體以來,開發鐵電材料的結構相變都屬于“有序無序型”或“位移型”機理。相比于這兩類常見機理,涉及“化學鍵的斷裂與重組”的重構型結構相變由于需要克服較大的能壘,在無機材料中往往需要通過外加極端高壓來實現,因此顯得非常稀少,這個瓶頸極大地阻礙了包括鐵電材料在內的相關功能材料的探索。
分子鈣鈦礦型鐵電體[(CH3)3NOH]2[KFe(CN)6]中涉及配位鍵斷裂與重組的結構相變,典型的電滯回線及微觀鐵電疇的極化反轉
張偉雄副教授與合作者通過巧妙的分子設計與晶體工程成功合成了一例分子鈣鈦礦型鐵電體[(CH3)3NOH]2[KFe(CN)6],它可以表現出傳統無機鈣鈦礦化合物難以實現的涉及配位鍵斷裂與重組的鐵電相變。這種劇烈的結構相變使該化合物具有十二重鐵電極軸(多于鈦酸鋇),居里溫度為402K(高于鈦酸鋇)。他們進一步發現該化合物可通過簡單溶液旋涂方法制備成具有良好性能的鐵電薄膜,其極化反轉的頻率高達5kHz,微觀鐵電疇可在偏置電壓下進行可逆極化反轉,有望代替無機鐵電體用于制作下一代柔性鐵電元器件。
該研究工作得到了國家自然科學基金(項目編號:21290173,21427801,91422302,21671202)和廣州市珠江科技新星等項目的資助,得到了化學學院陳小明教授和東南大學熊仁根教授的大力合作與支持。在上述基金資助下,張偉雄副教授課題組近年來在ABX3分子鈣鈦礦化合物的研究中取得了系列重要成果(例如:《Angew. Chem. Int. Ed.》2015, 54, 914;《Adv. Mater.》2016,28, 5886;《Chem. Commun.》2015, 51, 15641;《Chem. Commun.》 2014, 50, 1989等等),多篇論文得到了包括《Nat. Rev. Mater.》等權威期刊的引用和點評(《Nat. Rev. Mater.》2017, 2, 16099),并受邀為國際知名期刊撰寫綜述(《CrystEngComm》2016, 18, 7915),目前在分子鈣鈦礦化合物的結構相變及其介電開關、非線性光學開關、鐵電材料等領域取得了具有鮮明特色的科研成果。