MOFs在線 - Nano Lett. | 金屬-有機框架結構(MOF)中的光致鐵電性調控－鑽石舞台

英文原題：Light-Induced Tunable Ferroelectric Polarization in Dipole-Embedded Metal Organic Framework

通訊作者：張金磊，蘇州科技大學；吳興龍，南京大學

作者：Zijing Guo (郭子靖) , Kaihui Mao(毛凱暉) , Guodong Ma (馬國棟) , Guoao Li (李國傲) , Qifan Wu (毋起帆) , Jian Chen (陳健) , Songsong Bao (鮑松松) , Geliang Yu (於葛亮) , Shuhua Li (黎書華)

背景介紹

鐵電材料具有自發極化特性，在傳感器、致動器、存儲器等領域有廣泛的應用前景，然而，鐵電材料自發極化的調控往往需要藉助摻雜、應力、外加電磁場等，對鐵電器件的整體設計、製備工藝和工作環境提出了很高的要求，限制了其進一步發展。由於外加光照的簡單性，利用光照高效、無損地調控鐵電極化，是解決這一困難的一種有效策略。研究人員利用光致異構化的離子或小分子，構建了一類光致異構客體與鐵電材料主體耦合的體系，證實了光控鐵電的可行性。然而，由於空間位阻的存在，具有光致異構特性的固體材料往往不易產生所期望的現象。因此，設計光致異構分子與鐵電材料耦合的體系，有效地實現光控鐵電過程，成為了光控鐵電性領域的熱點問題。

圖1. 紫外-可見光照下光致順反異構現象導致AZB-Ni(DPA)2體系飽和極化強度變化的機制示意圖

文章亮點

近日，南京大學吳興龍教授團隊在Nano Letters上發表了光調控金屬-有機框架結構(MOF)鐵電性的研究。通過合適的設計，將具有光致異構特性的偶氮苯以單分子的形式插入具有室溫鐵電性的MOF結構Ni(DPA)2的孔隙中，在室溫下，通過紫外-可見光照可實現對體系鐵電性的有效調控。

圖2.AZB-Ni(DPA)2體系中偶氮苯分子光致順反異構過程的譜學表徵

通過對原有合成方法的改進，使具有光致順反異構性質的小分子偶氮苯(AZB)能夠耦合到具有有室溫鐵電性的Ni(DPA)2結構中，構建了AZB-Ni(DPA)2體系。譜學分析表明，體系中的偶氮苯可以順利實現順反異構過程，在365 nm光照下，體系中的偶氮苯會由反式向順式轉變，其最大轉化比率為39.7%；在405 nm的光照下，體系中的偶氮苯可以完全回到反式狀態。

圖3.365 nm和405 nm光照前後AZB-Ni(DPA)2體系鐵電特性的改變

鐵電性能測試發現，365 nm光照5分鐘時，飽和極化強度有0.015 μC/cm2的明顯變化；365 nm光照10分鐘時，調控最為明顯，可達初始狀態的50%，而後趨於穩定。在405 nm光照下，飽和極化強度逐漸恢復；405 nm光照20分鐘後，體系的鐵電特性幾乎可以恢復初始狀態。紫外-可見光照前後介電常數等其它的測試結果也與鐵電測試的結論相符。

總結/展望

研究團隊將光致順反異構分子偶氮苯嵌入具有室溫鐵電性的Ni(DPA)2的孔隙，在不影響MOF結構自發極化特性的情況下，利用Ni(DPA)2的內建電場誘導順式偶氮苯的偶極矩有序排列，使AZB-Ni(DPA)2體系的室溫鐵電性在紫外-可見光照下受到顯著調控。該工作展示了一種簡單、高效、可行的構造光控鐵電體系的方法，為未來光控電子器件的深入發展提供了重要的實驗基礎。

相關論文發表在Nano Letters上，南京大學博士研究生郭子靖為文章的第一作者，博士畢業生毛凱暉、博士研究生馬國棟、李國傲、毋起帆等為文章的共同第一作者。蘇州科技大學碩士生導師張金磊和南京大學博士生導師吳興龍教授為通訊作者。

通訊作者信息：

張金磊蘇州科技大學

張金磊：2019年於南京大學獲理學博士學位，現為蘇州科技大學物理科學與技術學院講師，碩士生導師。主要研究方向為低維半導體的磁電特性研究，第一作者及通訊作者發表SCI論文六篇，出版在J. Am. Chem. Soc.、ACS Nano和Nano Research等期刊上；合作發表SCI論文十餘篇，包括Nat. Commun.、Phys. Rev. B、Nano Energy、Small等期刊。主持2項國家和江蘇省基金項目。

主頁鏈接： https://wlxy.usts.edu.cn/info/1185/1680.htm

吳興龍南京大學

吳興龍： 1995畢業於南京大學物理系凝聚態物理專業，理學博士。現為南京大學物理學院教授、博士生導師。2001年獲教育部跨世紀優秀人才基金資助，2002年獲國家傑出青年基金資助，2007年入選教育部長江學者特聘教授。吳興龍教授長期從事半導體納米材料的拉曼散射和發光特性研究，在Nat. Nanotechnol.、Nat. Commun.、Phys.Rev.Lett.、J. Am. Chem. Soc.、Adv.Mater.、NanoLett.、Angew. Chem. Int. Ed.、Joule、ACS Nano等發表論文300餘篇，論文被同行他引萬餘次。主持和參與國家科技部重點研發計劃、原國家「973」項目、國家自然科學基金委、教育部、江蘇省自然科學基金委等重點和面上項目多項。1998年獲江蘇省科技進步一、二等獎，1999年獲國家自然科學四等獎，2017年獲教育部自然科學一等獎。

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