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本網(wǎng)訊（通訊員艾勇）近日，南昌大學(xué)艾勇教授與廖偉強(qiáng)教授在分子鐵電材料領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展，根據(jù)“多則異”的思想設(shè)計(jì)并合成了富勒烯加合物C₆₀S₈分子鐵電體，相關(guān)研究成果以“Discovery of Ferroelectricity in the Fullerene Adduct C₆₀S₈”為題發(fā)表于Journal of the American Chemical Society。

富勒烯是一種由碳原子組成的球狀分子，擁有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和物理、化學(xué)性質(zhì)，備受材料科學(xué)和納米技術(shù)界的關(guān)注。鐵電體是一類(lèi)極化方向在外電場(chǎng)下可重取向的電偶極活性材料，和人們熟知的鐵元素沒(méi)有關(guān)系。研究富勒烯的鐵電性質(zhì)對(duì)于拓展其在電子器件和存儲(chǔ)技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用非常重要。在以往的研究中，研究人員通過(guò)計(jì)算預(yù)測(cè)了金屬內(nèi)嵌富勒烯的鐵電性，也有學(xué)者報(bào)道了富勒烯Gd@C₈₂單分子駐極體呈現(xiàn)出類(lèi)似鐵電性的極化翻轉(zhuǎn)特性。然而，富勒烯的鐵電性質(zhì)目前仍未得到充分研究和應(yīng)用，主要原因是富勒烯分子的高對(duì)稱(chēng)性。

圖1、“多則異”：富勒烯加合物鐵電體C₆₀S₈的設(shè)計(jì)思路。C₆₀和S₈在外電場(chǎng)（E）下表現(xiàn)出普通電介質(zhì)的極化（P）隨E變化的線(xiàn)性行為（左下），而C₆₀S₈的極化P在外電場(chǎng)E下可重新取向（右下，兩種箭頭方向代表兩種極化方向），并且其鐵電疇可翻轉(zhuǎn)（右下，方框中兩種顏色區(qū)域代表不同極化方向的鐵電疇）。

鐵電相變伴隨著空間對(duì)稱(chēng)性的破缺，偶極有序排列引起的自發(fā)極化，僅存在于10個(gè)極性晶體點(diǎn)群（1 (C₁)，2 (C₂)， m (C_s)， mm2 (C_2v)，4 (C₄)，4mm (C_4v)，3 (C₃)，3m (C_3v)，6 (C₆)，6mm (C_6v)）中。根據(jù)Philip Anderson的“多則異”理念，如圖1所示，南昌大學(xué)艾勇教授與廖偉強(qiáng)教授設(shè)計(jì)、合成了富勒烯加合物C₆₀S₈，利用富勒烯C₆₀與S₈分子的范德華相互作用，為偶極取向操縱提供了機(jī)會(huì)。盡管C₆₀和S₈分子各自具有較高的分子對(duì)稱(chēng)性（I_h 和D_4d），它們的組合導(dǎo)致了低對(duì)稱(chēng)性加合物C₆₀S₈結(jié)晶在C_2V（mm2）點(diǎn)群。研究表明，C₆₀與S₈的分子間相互作用導(dǎo)致了微小的結(jié)構(gòu)扭曲和晶格重疊，從而引起晶體的極性。C₆₀S₈在230 K經(jīng)歷了從極性到極性的相變，屬于mm2Fm（C_2vP?FC_s）型鐵電相變，電滯回線(xiàn)測(cè)試和鐵電疇翻轉(zhuǎn)進(jìn)一步證實(shí)了它的鐵電性質(zhì)。

這項(xiàng)研究工作是熊仁根教授提出的“鐵電化學(xué)”思想指導(dǎo)化學(xué)設(shè)計(jì)分子鐵電體的又一成功例子，不僅激發(fā)了設(shè)計(jì)鐵電富勒烯和其他新型分子鐵電材料的靈感，還為“多則異”的分子設(shè)計(jì)理念的發(fā)展增添了新的元素。

論文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c08419

編    輯：程慧萍

責(zé)任編輯：涂金鳳