實現(xiàn)了一例罕見的高溫多軸分子鐵電體
合成一例可用于空氣分離的三維多孔氫鍵有機框架(Chem. Commun. 2016, 52, 4991),并發(fā)現(xiàn)它可以捕獲空氣中的水形成具有獨特三維水網(wǎng)的水合物。不同于各類氣體水合物,該水合物中的三維水網(wǎng)是由一維排列的有機分子作為模板而形成的。基于對該水合物的前期表征數(shù)據(jù),張偉雄教授課題組初步判斷該化合物存在獨特的過冷現(xiàn)象以及介電弛豫現(xiàn)象,可作為一例新穎的類冰結(jié)構(gòu),拓展人們對類冰結(jié)構(gòu)中水分子動力學(xué)行為的理解。因此,他們結(jié)合原位同步輻射X射線單晶衍射、原位中子粉末衍射、原位紅外光譜、差示掃描量熱分析、變溫介電分析等多種表征技術(shù),確認該三維水網(wǎng)的氫原子在室溫下、緩慢冷凍和快速冷凍的條件下分別處于動態(tài)有序、靜態(tài)有序和靜態(tài)無序(即其室溫相在緩慢冷卻過程中發(fā)生一級鐵彈相變,并可在快速冷卻中產(chǎn)生過冷現(xiàn)象)。同時,他們發(fā)現(xiàn)該三維水網(wǎng)表現(xiàn)出來的復(fù)雜介電弛豫行為可以很好地用偶極玻璃模型進行描述,并認為該現(xiàn)象主要來源于“質(zhì)子傳遞”和“取向改變”這兩種介電弛豫機制的交叉影響。正是這兩種機制的相互阻礙,使得水分子在快速降溫中難以迅速形成取向有序的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),而是出現(xiàn)尺寸不一的短程關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)單元和偶極單元,因而產(chǎn)生過冷現(xiàn)象以及類偶極玻璃型介電弛豫。這些發(fā)現(xiàn)不僅有助于進一步理解冰的過冷現(xiàn)象以及水分子的動力學(xué)微觀機理,而且為尋找更多的類冰模型化合物提供了重要思路。
中山大學(xué)
2021-04-13