Angew. Chem. ：首例类螺环结构驱动的热致/压致双相变分子铁电体

铁电材料因其自发极化及电场可控的极化翻转特性，广泛应用于信息存储、传感器及微电子器件领域。与传统无机铁电材料相比，分子基铁电材料具有结构可设计性强、合成条件温和及轻质柔性等优势，成为柔性电子器件的理想选择。然而，如何精准调控分子铁电体的极化响应机制，尤其是开发具有多重外界刺激响应特性的材料，仍是该领域的核心问题之一。

近日，江西师范大学杜恣毅教授、日本北海道大学黄瑞康助理教授与电子科技大学蔡伟照教授合作，成功设计并合成了一例同时具有热致和压致双结构相变的链状中性分子铁电配位聚合物[Cd(MEO)(SCN)₂]（MEO = 2-吗啉乙醇）。这一成果不仅打破了传统有机-无机杂化钙钛矿铁电体中依赖有机阳离子客体诱导极化形成及翻转的模式，而且创新性地实现了分子铁电材料的热致与压致双重相变，为极端条件下的新型分子基铁电器件设计提供了新思路。

研究团队受螺环化合物动态构象特性的启发，提出将“螺环结构单元”嵌入配位聚合物骨架的创新设计策略（参见下图）。采用具有双齿螯合能力的2-吗啉乙醇（MEO）及桥联配体硫氰酸根离子，与镉(II)离子自组装形成一维链状中性配位聚合物[Cd(MEO)(SCN)₂]。

研究团队结合原位变温单晶X射线衍射、DSC测试和分子动力学模拟等手段，深入解析了[Cd(MEO)(SCN)₂]独特的螺环驱动相变机制，并进一步通过介电谱测试、电滞回线测试和压电力显微镜（PFM）测试全面表征了其铁电性能。在热刺激下，MEO配体围绕配位键的旋转会发生静态-动态切换，进而诱导[Cd(MEO)]螺环结构单元的有序-无序转变，最终导致化合物整体发生从铁电相到顺电相的结构相变。

随后，研究团队利用原位变压单晶X射线衍射，发现在压力作用下，该配位聚合物的主链表现出类似弹簧的结构变形，同时带动螺环构象翻转，进而引发压致相变（参见下图）。这种压致相变导致材料的极化方向从垂直于主链转变为沿主链方向，展现出分子级别的极化方向调控能力，赋予了材料更广泛的环境刺激响应性和功能可调性，为高压响应的多功能铁电器件提供了新的设计思路。

论文信息

Spiro-Driven Ferroelectric Coordination Polymer Exhibiting Distinct Phase Transitions Under Thermal and Pressure Stimuli

Zi-Yi Du, Miao Xie, Wenbo Qiu, Ding-Chong Han, Shi-Yong Zhang, Ying Zeng, Weizhao Cai, Takayoshi Nakamura, Rui-Kang Huang, Chun-Ting He

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202500027