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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(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦（通式為ABX3）由于其在太陽(yáng)能電池、光電探測(cè)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(bào)道的雜化鈣鈦礦壓電體中，A位的成分幾乎都是純有機(jī)胺離子。自1951年以來，二茂鐵的問世掀起了有機(jī)金屬化學(xué)的革命?；诙F的有機(jī)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(jī)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(yáng)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(duì)鐵電體的分子設(shè)計(jì)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(yáng)離子來代替有機(jī)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(yáng)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(jī)電能量轉(zhuǎn)換性能 (圖1b)。這項(xiàng)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(duì)二茂鐵基鈣鈦礦材料的進(jìn)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(hào)強(qiáng)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