近日，东南大学化学化工学院“分子铁电科学与应用”江苏省重点实验室游雨蒙教授团队与电子科学与工程学院吴俊教授团队合作，在分子铁电压电材料设计方面取得重要进展。相关成果以《氢键诱导设计实现分子铁电相变温度提升》（“enhancement of phase transition temperature through hydrogen bond modification in molecular ferroelectrics”）为题在国际期刊《nature communications》上在线发表。
分子铁电体是一类具有轻质、机械柔性、低成本、易加工、结构可调和环境友好等特性的新型分子功能材料，其中分子铁电由于特殊的组分构成形式，便于开展晶体工程的修饰与设计，分子铁电体在性能和功能方面取得了丰富的发展。熊仁根院士创立的铁电化学，即从化学设计的角度为探索高性能分子铁电体提供有效的方法学指导，提出似球—非球、引入单一手性和h/f取代等普适性设计策略来总结铁电化学的分子设计原理。因此，具有更多修饰位点的有机阳离子更有利于分子铁电体的晶体工程和性能优化。
这项研究在具有大分子体积以及多修饰位点的金刚烷胺分子的基础上，应用了一种引入羟基的氢键诱导设计方法，与具有氢键受体的无金属阴离子自组装，成功在非铁电1-金刚烷铵四氟硼酸盐[(haa)bf4]的基础上引入铁电极化，并同时提高了相变温度，合成了新型分子铁电材料1-羟基-3-金刚烷铵四氟硼酸盐[(haaoh)bf4]，其铁电性可以维持到分解温度528 k之前。此外，在(haaoh)bf4薄膜上构筑的微米铁电畴结构可以在较高温度下保持稳定，并在室温下保持超过2年时间。这为设计具有高相变温度和稳定铁电畴的分子铁电体提供了一种可行策略。基于稳定的极化，(haaoh)bf4的压电能量收集器件具有良好的压电性能，可以点亮9个蓝色发光二极管，并具有灵敏的自供电传感，这将促进分子铁电体在未来电子学器件中的应用。
东南大学化学化工学院博士生熊昱安、电子科学与工程学院博士生段升顺、化学化工学院至善博士后胡慧慧博士为该工作的共同第一作者，东南大学化学化工学院游雨蒙教授与电子科学与工程学院吴俊教授为共同通讯作者，东南大学为该工作的唯一通讯单位。
该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省研究生科研与实践创新计划、国家留学基金委项目、中央高校基本科研业务费的支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-48948-0
来源：化学化工学院