东南大学熊仁根教授团队在分子铁电科学领域取得新进展

东南大学化学化工学院熊仁根教授团队首次提出并利用全氟取代策略成功设计合成了二维杂化钙钛矿铁电体(全氟苄胺)2PbBr4。相关成果以“Two-Dimensional Hybrid Perovskite Ferroelectric Induced by Perfluorinated Substitution”为题在线发表在化学领域国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society（《美国化学会会志》）上。东南大学为唯一通讯单位和完成单位，化学化工学院博士生张含悦为论文第一作者。这是在“东南大学十大科学与技术问题”启动培育基金的持续资助下，以及东南大学化学化工学院江苏省“分子铁电科学与应用”重点实验室研究团队所建立的“铁电化学”学科基础上，熊仁根教授团队取得的又一重大阶段性进展。 此前，团队通过单氟取代和双氟取代策略成功设计了多种性能优异的分子铁电体，并伴有许多有趣的物理现象如涡旋畴、窄带隙、热致变色、铁电光伏效应等。然而，对于具有苯环的刚性结构而言，此前的氟取代策略并不令人满意。在先前报道中，以(苄胺)2PbCl4为母体在苯环上不同位置实施单氟取代策略得到的结果中，只有(2-氟苄胺)2PbCl4具有铁电性，而(3-氟苄胺)2PbCl4和(4-氟苄胺)2PbCl4则不是铁电体(J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 18334-18340)。在苯环上，单氟取代作用具有位置选择的局限性，即在正确的结构位置有选择地引入氟离子才有可能诱导铁电性，这存在着极大的随机性和偶然性。在此工作中，铁电体(2-氟苄胺)2PbBr4以及非铁电体(3-氟苄胺)2PbBr4(中心对称结构)和(4-氟苄胺)2PbBr4(中心对称结构)再次验证了单氟取代策略在刚性芳环结构上的局限性和不确定性。探究有效通用的方法实现分子铁电体的精确设计仍然是一个巨大的挑战。