锰掺杂与空位工程协同诱导相变实现超高介电开关比的氯化铅杂化材料

《Inorganic Chemistry Frontiers》：Mn2+-doping and vacancy engineering induce a phase transition with an ultrahigh dielectric switching ratio in lead chloride hybrids

本研究针对卤化铅杂化材料介电开关比低的难题，通过Mn2+掺杂和空位工程策略，在[C5H12N]2PbCl4体系中引入阳离子/阴离子空位，成功触发结构相变并利用晶界势垒层机制将介电开关比(DSR)提升至~103量级，为软卤化物框架高性能介电开关材料设计提供了新范式。

　　

在材料科学领域，卤化铅杂化材料因其可调控的结构和热致相变特性，已成为颇具潜力的可切换介电材料。然而，如何实现巨大的介电响应对比度（即介电开关比，DSR）仍然是一个重大挑战。

为了攻克这一难题，研究人员独辟蹊径，提出通过设计空位辅助的离子传输通道，在高温相中提升离子电导率，从而显著增强介电开关比的策略。他们以[C₅H₁₂N]₂PbCl₄（其中C₅H₁₂N⁺为哌啶鎓离子）为模型化合物，采用无溶剂机械化学方法，成功合成了一系列化学式为[C₅H₁₂N]_2-2xPb_1-xMn_xCl_4-2x（x = 0.01–0.15）的掺杂材料。

研究发现，引入二价锰离子（Mn²⁺）进行掺杂的同时，会在晶格中引入用于电荷补偿的哌啶鎓阳离子（C₅H₁₂N⁺）空位和氯离子（Cl^-）空位。这些空位的产生成功触发了材料的结构相变。正如预期的那样，经过掺杂的杂化材料展现出了显著改善的介电开关性能。当掺杂量达到x=0.15时，材料的介电开关比达到了约10³的超高值，这一性能超越了大多数已报道的介电开关材料。

这种性能的巨大提升被归因于离子导电体系内部的一种“晶界诱导势垒层”机制。该研究最终证实，在柔软的卤化物框架内，利用空位工程实现可控的离子传输，是设计高性能介电开关材料的一条有效且可行的新途径。