实现了一例罕见的高温多轴分子铁电体

合成一例可用于空气分离的三维多孔氢键有机框架（Chem. Commun. 2016, 52, 4991），并发现它可以捕获空气中的水形成具有独特三维水网的水合物。不同于各类气体水合物，该水合物中的三维水网是由一维排列的有机分子作为模板而形成的。基于对该水合物的前期表征数据，张伟雄教授课题组初步判断该化合物存在独特的过冷现象以及介电弛豫现象，可作为一例新颖的类冰结构，拓展人们对类冰结构中水分子动力学行为的理解。因此，他们结合原位同步辐射X射线单晶衍射、原位中子粉末衍射、原位红外光谱、差示扫描量热分析、变温介电分析等多种表征技术，确认该三维水网的氢原子在室温下、缓慢冷冻和快速冷冻的条件下分别处于动态有序、静态有序和静态无序（即其室温相在缓慢冷却过程中发生一级铁弹相变，并可在快速冷却中产生过冷现象）。同时，他们发现该三维水网表现出来的复杂介电弛豫行为可以很好地用偶极玻璃模型进行描述，并认为该现象主要来源于“质子传递”和“取向改变”这两种介电弛豫机制的交叉影响。正是这两种机制的相互阻碍，使得水分子在快速降温中难以迅速形成取向有序的稳定结构，而是出现尺寸不一的短程关联的结构单元和偶极单元，因而产生过冷现象以及类偶极玻璃型介电弛豫。这些发现不仅有助于进一步理解冰的过冷现象以及水分子的动力学微观机理，而且为寻找更多的类冰模型化合物提供了重要思路。