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Angew. Chem. :基于主-客体C–F···K相互作用构建三维氰基桥联双金属多铁对映体2022-08-22
具有铁电性、铁磁性、铁弹性等两种或两种以上“铁性”共存的多铁性材料,由于其多种序参量之间相互耦合协同作用,在非易失性存储器、换能器、传感器、制动器等领域有着十分广泛的应用前景,一直是铁性材料领域的研究热点。

三维氰基桥联的主-客体化合物由于具有多样的双金属-氰基框架和较大的孔洞结构,可以容纳不同尺寸的客体阳离子,包括咪唑鎓、[(CH3)NH3]+、[(CH3)2NH2]+、[(CH3)3NH]+、[(CH3)4N]+、Na+、K+、Rb+、Cs等。这些客体阳离子在孔洞中允许发生有序-无序型结构相变,为铁电-铁弹耦合的多铁材料的设计和探索提供了理想的平台。然而,主体框架与客体阳离子间的弱范德华力或者氢键相互作用难以产生大的偶极矩,使得氰基桥联的双金属化合物普遍表现出弱铁电性。

 

 

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近日,东南大学生物科学与医学工程学院毛宇博士等人以手性3-氟吡咯烷阳离子作为客体分子与铁氰化钾组装,通过客体阳离子与主体框架间的C–F···K相互作用,成功设计出全新的三维氰基桥联双金属多铁手性对映体,即[R- and S-3-fluoropyrrolidinium]2[KFe(CN)6] (3-fluoropyrrolidinium = 3-氟吡咯烷)。该手性对映体多铁材料表现出强铁电性和明显的铁弹畴。实验测得的[R-3-fluoropyrrolidinium]2[KFe(CN)6]的饱和极化值(Ps)高达9.4 μC/cm2,远超目前发现的氰基桥联双金属配合物铁电体。

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晶体结构解析表明该对映体的强铁电性得益于主体框架与手性3-氟吡咯烷客体阳离子之间的C–F···K相互作用。首先,一部分手性3-氟吡咯烷阳离子与K+离子通过C–F···K相互作用形成三维手性孔洞框架[KFe(CN)6]2−,并且3-氟吡咯烷阳离子受到C–F···K相互作用的牵引沿晶体学b轴方向整齐排列。其次,所形成的三维手性框架[KFe(CN)6]2−能够有效诱导孔洞中的3-氟吡咯烷阳离子在晶体学b轴方向呈21螺旋排列,故而使得化合物在b轴方向产生较大的Ps

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同样,受到主-客体C–F···K相互作用的影响,[R- and S-3-fluoropyrrolidinium]2[KFe(CN)6]还具有较高的居里相变温度(Tc)。差示扫描量热(DSC)以及变温介电测试表明化合物的Tc分别为430 K(R-构型)和 428 K(S-构型)。变温单晶测试以及高温相粉末衍射模拟结果表明化合物发生222F2型结构相变。综上所述,该工作为设计具有高Tc、大Ps的手性氰基桥联双金属铁电体和多铁性材料提供了一种新策略,并为探索金属有机配合物在手性光电器件方面的应用提供了启示。

文信息

Homochiral Multiferroic Cyanido-Bridged Dimetallic Complexes Assembled by C–F···K Interactions

Yu Mao, Xiao-Gang Chen, Zhu-Xiao Gu, Zhi-Xu Zhang, Xian-Jiang Song, Ning Gu and Ren-Gen Xiong

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202204135

 

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