溶剂调控合成新型杂化室温相变材料1H1MPCdCl3及其介电开关性能研究

南京晓庄学院研究人员通过溶剂蒸发法调控结晶路径，成功合成具有一维钙钛矿结构的有机-无机杂化材料1H1MPCdCl3（1H1MP+=1-羟基-1-甲基吡咯烷鎓）。该材料在295.5 K处发生可逆相变（P21/c?P1?），伴随有机阳离子有序-无序转变和显著介电双稳态特性，为智能开关器件设计提供了新思路。

　　

在智能材料领域，有机-无机杂化材料因其独特的结构动态性和多功能特性备受关注。这类材料可通过温度、电场等外部刺激触发晶体对称性改变，进而实现物理性质的精准调控。然而，如何通过合成策略精确控制相变行为仍是重大挑战，特别是开发室温附近响应的材料体系对实际应用至关重要。

南京晓庄学院环境科学学院的研究团队在《Inorganic Chemistry Communications》发表研究，通过溶剂工程策略成功制备了新型杂化相变材料1H1MPCdCl₃。该工作创新性地采用1-羟基-1-甲基吡咯烷鎓（1H1MP⁺）作为有机组分，其柔性骨架和羟基修饰的特性既能够填充无机骨架空隙，又能通过氢键调控相变过程。通过精细调节溶剂体系，研究人员不仅获得了纯相化合物，更发现其在295.5 K（接近室温）呈现可逆的结构相变，空间群从P1?转变为P2₁/c，这一发现为开发室温工作的智能器件提供了重要材料基础。

研究主要采用溶剂蒸发结晶法，通过改变溶剂组成实现相选择性控制。利用变温X射线衍射（VT-XRD）解析晶体结构演变，结合介电常数测试分析相变动力学。关键发现包括：在纯水体系中会同时生成1H1MPCdCl₃（化合物1）和含结晶水的1H1MPCd₂Cl₅·H₂O（化合物2），而优化溶剂后可选择性获得化合物1。

晶体生长与相确定
通过极性显微镜筛选不同形貌的单晶进行结构解析，证实化合物1具有一维[CdCl₃]^-链状结构，有机阳离子通过C-H···Cl和O-H···Cl氢键网络稳定晶格。溶剂调控实验表明乙醇-水混合溶剂有利于纯相形成。

结构相变机制
变温结构分析揭示相变源于1H1MP⁺阳离子的有序-无序转变：低温相（P1?）中阳离子呈现有序排列，升温至295.5 K时阳离子发生动态无序，导致对称性提升至P2₁/c。这种分子运动同时引发介电常数的突跃变化，呈现明显的介电双稳态特性。

结论与意义
该研究通过溶剂介导的结晶策略实现了相变行为的精准调控，创制出具有室温相变特性的杂化材料。1H1MPCdCl₃展现的结构-性能关系为设计新型智能材料提供了范式：有机阳离子的柔性设计结合氢键网络调控，可有效降低相变能垒；溶剂工程则为获得特定功能相提供了可行路径。研究成果不仅丰富了分子基功能材料体系，更为开发温度响应型传感器、介电开关器件等应用奠定了理论基础。通讯作者孙柏旺教授团队特别指出，这种溶剂调控策略可拓展至其他金属卤化物体系，为多功能相变材料的定向设计开辟了新思路。