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本網(wǎng)訊（國(guó)際有序物質(zhì)科學(xué)研究院）近日，南昌大學(xué)國(guó)際有序物質(zhì)科學(xué)研究院陳歡歡副研究員等應(yīng)邀在Nature Synthesis發(fā)表題為“Mixed-polyhedral phase of two-dimensional hybrid perovskites”的News&Views文章，評(píng)述了一項(xiàng)通過(guò)二次托氟效應(yīng)在二維混合四面體–八面體雜化鈣鈦礦中實(shí)現(xiàn)了鐵電性與層內(nèi)反鐵磁性共存的研究工作。

圖1. 二次H/F取代實(shí)現(xiàn)了(4,4-difluoropiperidinium)2CuBr4的鐵電性

一次托氟效應(yīng)（H/F取代策略）是鐵電化學(xué)中的重要設(shè)計(jì)理念之一，與H/D同位素效應(yīng)類(lèi)似，但具有更廣泛的適用性。由于F原子的泡利半徑與H原子相近，用F原子取代H原子通常不會(huì)顯著改變晶體的堆積方式，因此晶體的點(diǎn)群往往能夠得以保持不變，類(lèi)似H/D同位素取代效應(yīng)。如圖1所示，對(duì)非鐵電母體化合物(piperidinium)2CuBr4中piperidinium有機(jī)陽(yáng)離子4號(hào)上的H進(jìn)行一次H/F取代后，類(lèi)似于H/D同位素效應(yīng)，所得化合物(4-fluoropiperidinium)2CuBr4晶體點(diǎn)群保持不變（2/m）。值得注意的是，piperidinium有機(jī)陽(yáng)離子4號(hào)上還有一個(gè)H原子，進(jìn)行二次H/F取代時(shí)，則可以在分子水平進(jìn)一步改變晶體對(duì)稱(chēng)性及分子間相互作用，從而實(shí)現(xiàn)鐵電性的定向設(shè)計(jì)。如圖1所示，通過(guò)二次H/F取代得到的二維混合四面體–八面體雜化鈣鈦礦(4,4-difluoropiperidinium)2CuBr4，其分子對(duì)稱(chēng)性有所提高，但多F取代引入的分子間相互作用改變了晶體堆積方式，使其在室溫下結(jié)晶于非中心對(duì)稱(chēng)的極性點(diǎn)群mm2。4,4-difluoropiperidinium有機(jī)陽(yáng)離子在晶體中取向有序排列，產(chǎn)生宏觀(guān)鐵電極化，從而在該二維雜化鈣鈦礦中成功實(shí)現(xiàn)鐵電性。

綜上所述，一次托氟效應(yīng)類(lèi)似于同位素效應(yīng)，而二次托氟效應(yīng)則能夠改變晶體對(duì)稱(chēng)性，有效誘導(dǎo)非中心對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的形成。新加坡國(guó)家科學(xué)院院士Kian Ping Loh和中國(guó)科學(xué)院院士胡文平團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用該理念設(shè)計(jì)合成了二維混合四面體–八面體雜化鈣鈦礦鐵電體，發(fā)表于Nature Synthesis。這表明多氟取代效應(yīng)在分子鐵電體的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)中具有顯著作用，將在更多分子鐵電材料體系中得到更廣泛應(yīng)用。

News&Views文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s44160-026-01034-3  

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s44160-025-00942-0

審校：許航、涂金鳳、王葳