一种手性边缘共享的八面体氯铋(III)杂化铁电体及其在压电能量收集中的应用

《Inorganic Chemistry》：A Chiral Edge-Sharing Bioctahedral Chlorobismuthate(III) Hybrid Ferroelectric and Its Application in Piezoelectric Energy Harvesting

新型手性氯化铋酸铵有机-无机杂化铁电材料（P2?空间群）经SHG和PFM证实具有非中心对称铁电结构，饱和极化3.8 μC/cm2。将其复合至PCL基体中制成压电纳米发电机，15 wt%复合物实现15 V输出电压、3.2 μA/cm2电流密度及4.6 μW/cm2功率密度，响应时间14.5 ms，储能效率0.50 μJ/400 s。

　　

基于卤化铋(III)的有机-无机杂化铁电材料结合了来自有机阳离子的分子偶极子以及来自无机骨架的固有极化，为开发环境友好且结构可调的材料用于先进电子器件提供了有前景的途径。尽管它们在压电能量收集方面的潜力很少被探索，但本研究提出了一种新型的手性氯化铋(III)铵盐——[(S)-NEA]4[Bi2Cl10]（其中(S)-NEA代表(S)-1-(萘-2-基)乙基铵），该化合物属于极性空间群P21，并表现出铁电性质。其非中心对称结构通过二次谐波生成（SHG）测量得到了进一步证实。利用P–E迟滞环测量进行的铁电特性分析显示，其饱和极化强度（Ps）为3.8 μC cm?2。通过压电响应力显微镜（PFM）研究进一步确认了其微观铁电畴结构。为了实现能量收集，将[(S)-NEA]4[Bi2Cl10]掺入聚己内酯（PCL）基质中制备了压电纳米发电机（PENG）器件。含有15 wt% [(S)-NEA]4[Bi2Cl10]的复合材料器件表现出最高的输出电压（15 V）、电流密度（3.2 μA cm?2）和功率密度（4.6 μW cm?2）。该器件具有显著的灵敏度和响应性（分别为0.44 V N?1和274.9 V MPa?1），响应时间快（14.5 ms），并且能够高效储能——在400秒内为22 μF的电容器充电0.50 μJ。