近年来，多功能铁电材料在非易失性存储器、电光器件和高性能电容器在智能农业方面具有广泛的应用潜力，但多功能铁电体结构的精确设计仍面临挑战。基于熊仁根院士“铁电化学”理论精准设计金属的多配位结构，极大地提高了材料成为多功能铁电体的可能性。

近日，我校刘尊奇教授团队与自治区天池特聘教授付大伟团队合作，在《Chinese Chemical Letters》（中科院一区Top期刊IF：9.4）发表了题目为 “A special hydrogen bond related Mn-based ferroic [C₆N₂H₁₁]₄[(MnCl₄)(MnCl₃·H₂O)(MnCl₂·2H₂O)][Cl] with multi-coordination mode”的研究论文，为通过分子精准设计获得新型环境友好型相变分子基铁电功能材料探索了一条有效途径。

具有价态多变、配位能力较强的过渡金属在有机-无机金属卤化分子铁电体中担任阴离子桥联作用，Mn基有机-无机杂化卤化物分子铁电体不仅原料成本低，而且具有无毒和独特的可调发光颜色，使其在光学、电子、机械和其他性能等方面具有发展潜力的新兴材料。因此在本研究中通过铁电化学中的精准分子设计策略成功制备了 [C₆N₂H₁₁]₄[(MnCl₄) (MnCl₃·H₂O) (MnCl₂·2H₂O)Cl] (1)，结果表明，化合物1在室温下表现出可逆相变，并伴有从P2₁/m变为P2₁的对称性演变，促使其在低温下具有一定的铁电性能。

化合物1在自然光下呈浅红色晶体，于紫外光源下则发射红紫色荧光，展现出显著的光致发光特性。其发光机制主要源于无机骨架上的电子跃迁：电子吸收能量后从价带跃迁至导带，回稳过程中产生发射。能带结构分析表明，其发光与金属离子的d轨道、配位原子及有机阳离子的相关轨道密切相关。然而，相较于纯六配位锰体系，化合物1的荧光强度偏弱。这主要归因于其结构设计为增强极性与可变性，引入了一维链状阴离子中金属离子与水的配位。配位水在激发下易发生振动导致能量耗散，同时水分子与氯离子形成的氢键进一步加剧了荧光猝灭效应。

该研究通过饱和溶液蒸发法精准设计了一种环境友好型的多金属配合方式的有机-无机杂化材料，所提出的设计策略为构建具有光、电、热、磁多响应特性的集成材料提供了新的视角。此项工作不仅揭示了铁电极化与发光行为之间的耦合机制，也为开发兼具多物理场响应与农业信息存储、光电传感器等新一代电子材料提供了新思路。

我校化学化工学院博士研究生胡宏志为论文的第一作者，刘洋副教授、刘尊奇教授与付大伟教授为该论文的共同通讯作者。该研究受到新疆维吾尔自治区两区重点项目（2022LQ01008）；自治区自然科学基金一般项目（2022D01A76）；自治区重点研发项目（20220264-3）；自治区重点研发计划项目（2022B02033-3, 2022B02049-3-3）；国家自然科学基金项目（21561030）；新疆“天山英才计划”项目（No. 2021061）支持。

来源 | 刘尊奇

编辑丨伍丽涵

责编丨王同浩

初审｜周荣

复审｜丁焘

终审｜吴鹏昊

运营：新疆农业大学科学技术处

投稿邮箱：kjcxmt@xjau.edu.cn