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圖1.(a) (FMTMA)PbI3, (FMTMA)PbBr2I和 (FMTMA)PbCl2I的晶體結(jié)構(gòu)圖；(b) 制備的壓電能量收集裝置示意圖。

有機無機雜化鈣鈦礦（通式為ABX3）由于其在太陽能電池、光電探測器、電致發(fā)光、壓電等高新科技領(lǐng)域中可觀的發(fā)展?jié)摿Χ鴤涫軐ＷⅰＴ陔s化鈣鈦礦領(lǐng)域，因其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)多樣性和化學(xué)可調(diào)性，涌現(xiàn)出了各種結(jié)構(gòu)新穎和性能卓越的壓電和鐵電材料。然而，迄今為止報道的雜化鈣鈦礦壓電體中，A位的成分幾乎都是純有機胺離子。自1951年以來，二茂鐵的問世掀起了有機金屬化學(xué)的革命。基于二茂鐵的有機金屬化合物由于其性能的多樣性和功能的豐富性在納米醫(yī)學(xué)，生物傳感，催化和氧化還原等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過多年發(fā)展，二茂鐵基有機金屬化合物在鐵磁和鐵彈等領(lǐng)域也取得了重大突破。然而，基于二茂鐵基陽離子的鈣鈦礦壓電材料此前仍是一片空白。

在“鐵電化學(xué)”理論（針對鐵電體的分子設(shè)計原理）的啟發(fā)和指導(dǎo)下，我們發(fā)現(xiàn)以二茂鐵基組分作為陽離子來代替有機胺是可行的，并構(gòu)筑了一類新型的二茂鐵基鈣鈦礦壓電材料：[（二茂鐵基甲基）三甲基銨]PbI3 ((FMTMA)PbI3), (FMTMA)PbBr2I和 (FMTMA)PbCl2I (圖1)。得益于二茂鐵基陽離子的穩(wěn)定性，通過陰離子骨架中的鹵素調(diào)控使材料的性能得到顯著提升，獲得了與LiNbO3相當(dāng)?shù)某錾珘弘娦阅懿⒓婢咄怀龅陌雽?dǎo)體特性(圖2)。基于該材料所制備的壓電能量收集裝置展現(xiàn)了其優(yōu)異的機電能量轉(zhuǎn)換性能 (圖1b)。這項工作為鈣鈦礦壓電材料的研究開辟了新的篇章，將激發(fā)對二茂鐵基鈣鈦礦材料的進一步研究。

圖2. (a-b) (FMTMA)PbI3, (FMTMA)PbBr2I, (FMTMA)PbCl2I和PVDF薄膜樣品的壓電響應(yīng)；(c) (FMTMA)PbI3, (FMTMA)PbBr2I 和 (FMTMA)PbCl2I的SHG信號強度；(d) (FMTMA)PbI3, (FMTMA)PbBr2I 和 (FMTMA)PbCl2I 的紫外可見吸收光譜。

據(jù)悉，東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院博士生張志旭為論文第一作者，張含悅博士和熊仁根教授為論文通訊作者，東南大學(xué)為第一通訊單位。

參考資料：

【1】Organometallic-Based Hybrid Perovskite Piezoelectrics with a Narrow Band Gap,J. Am. Chem. Soc.,https://doi.org/10.1021/jacs.0c09288

【2】東南大學(xué)新聞網(wǎng)，https://news.seu.edu.cn/2020/1010/c5527a349203/page.htm