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圖1.(a) (FMTMA)PbI3, (FMTMA)PbBr2I和 (FMTMA)PbCl2I的晶體結構圖；(b) 制備的壓電能量收集裝置示意圖。

有機無機雜化鈣鈦礦（通式為ABX3）由于其在太陽能電池、光電探測器、電致發光、壓電等高新科技領域中可觀的發展潛力而備受專注。在雜化鈣鈦礦領域，因其優異的結構多樣性和化學可調性，涌現出了各種結構新穎和性能卓越的壓電和鐵電材料。然而，迄今為止報道的雜化鈣鈦礦壓電體中，A位的成分幾乎都是純有機胺離子。自1951年以來，二茂鐵的問世掀起了有機金屬化學的革命。基于二茂鐵的有機金屬化合物由于其性能的多樣性和功能的豐富性在納米醫學，生物傳感，催化和氧化還原等領域具有廣闊的應用前景。經過多年發展，二茂鐵基有機金屬化合物在鐵磁和鐵彈等領域也取得了重大突破。然而，基于二茂鐵基陽離子的鈣鈦礦壓電材料此前仍是一片空白。

在“鐵電化學”理論（針對鐵電體的分子設計原理）的啟發和指導下，我們發現以二茂鐵基組分作為陽離子來代替有機胺是可行的，并構筑了一類新型的二茂鐵基鈣鈦礦壓電材料：[（二茂鐵基甲基）三甲基銨]PbI3 ((FMTMA)PbI3), (FMTMA)PbBr2I和 (FMTMA)PbCl2I (圖1)。得益于二茂鐵基陽離子的穩定性，通過陰離子骨架中的鹵素調控使材料的性能得到顯著提升，獲得了與LiNbO3相當的出色壓電性能并兼具突出的半導體特性(圖2)。基于該材料所制備的壓電能量收集裝置展現了其優異的機電能量轉換性能 (圖1b)。這項工作為鈣鈦礦壓電材料的研究開辟了新的篇章，將激發對二茂鐵基鈣鈦礦材料的進一步研究。

圖2. (a-b) (FMTMA)PbI3, (FMTMA)PbBr2I, (FMTMA)PbCl2I和PVDF薄膜樣品的壓電響應；(c) (FMTMA)PbI3, (FMTMA)PbBr2I 和 (FMTMA)PbCl2I的SHG信號強度；(d) (FMTMA)PbI3, (FMTMA)PbBr2I 和 (FMTMA)PbCl2I 的紫外可見吸收光譜。

據悉，東南大學化學化工學院博士生張志旭為論文第一作者，張含悅博士和熊仁根教授為論文通訊作者，東南大學為第一通訊單位。

參考資料：

【1】Organometallic-Based Hybrid Perovskite Piezoelectrics with a Narrow Band Gap,J. Am. Chem. Soc.,https://doi.org/10.1021/jacs.0c09288

【2】東南大學新聞網，https://news.seu.edu.cn/2020/1010/c5527a349203/page.htm