多种非共价相互作用协同作用，构建了室温光铁电半导体(Cl-PA)2PbCl4

本研究通过引入Cl-PA+并调控非共价相互作用，在杂Perovskite中实现了铁电性，其压电系数d33=27.4 pC/N，居里温度Tc=353 K，为柔性电子和储能提供新方向。

　　

摘要

非共价相互作用在分子铁电体的构建中起着不可或缺的作用，因为它们可以调节分子之间的相对取向和堆叠方式。然而，难点和挑战在于精确设计和调控这些微弱的分子间相互作用，最终通过协同效应产生宏观上可逆的自发极化，从而实现铁电性。在这里，我们引入了卤化铵离子Cl-PA⁺（Cl-PA⁺为3-氯丙基铵）来调节混合钙钛矿结构中的非共价相互作用，并通过氢键和卤素-卤素相互作用的协同效应，制备出一种具有较大压电系数（d₃₃ = 27.4 pC/N）和高居里温度（T_c = 353 K）的光铁电半导体（Cl-PA）²PbCl⁴。与非铁电体（PA）₂PbCl₄（PA⁺为n-丙基铵）相比，PbCl₆八面体的严重畸变、有机阳离子与无机框架之间的N–H···Cl氢键减弱、阳离子之间的C–H···Cl氢键增强以及结构中额外的Cl···Cl相互作用共同诱导了（Cl-PA）²PbCl₄的铁电性。此外，Cl-PA较大的偶极矩也有利于分子铁电体的构建，而（Cl-PA）²PbCl_{4中非共价相互作用的协同效应为偶极翻转和对称性破缺提供了可能性。因此，通过非共价相互作用的协同效应构建分子铁电体本质上利用了多种微弱相互作用的动态耦合和精确平衡，以实现自发极化的形成、稳定性和外部场翻转。通过这种协同设计，可以制备出具有高自发极化（Ps）、低矫顽场和宽温度范围的铁电体，为柔性电子器件和能量存储开辟了新的方向。}