铁电化学到铁电催化

日期： 2024-08-23

浏览次数: 10

来源：南昌大学

近日，国际有序物质科学研究院廖伟强教授与赣南师范大学、苏州大学、东南大学等科研人员通力合作，在《铁电化学》的指导下，首次发现分子铁电催化，取得分子铁电体领域里程碑式进展。研究成果以“Discovery of molecular ferroelectric catalytic annulation for quinolines”为题发表在Nature Communications上，国际有序物质科学研究院博士生齐俊超为文章共同第一作者（排名第一），论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51106-1。

铁电体是一类极化方向在外电场下可重取向的电偶极活性材料，和大众熟知的铁元素无关，这类材料集铁电性、压电性、高介电性、热释电性等多种物理性质于一体，已经广泛应用于存储器、电容器、传感器、驱动器、换能器等重要器件领域。近年来，研究人员发现利用BiFeO3、BaTiO3等无机铁电体的压电效应，在超声激励下能够催化裂解水产氢、二氧化碳还原、降解有机污染物等氧化还原反应，即压电催化。然而，无机铁电体需要高温制备，使用前往往还需电极化处理；它们的声阻抗远大于溶剂的声阻抗，不相匹配的声阻抗阻碍了超声波从溶剂到铁电体表面的能量有效传递；此外，无机铁电体不溶于水等溶剂，长期超声会导致压电性能大幅下降，降低催化效率，无法持续使用。相比于无机铁电体，分子铁电体易于低温溶液法合成与加工，由于晶体在低温铁电相生长，无需电极化处理即可表现出优异的铁电性。分子铁电体还具有与溶剂声阻抗相匹配、可溶于水等溶剂的特点，可以配置超过饱和溶液，过量的分子铁电晶体在超声激励下，相匹配的声阻抗有利于能量传递，并且能够通过控制溶液温度溶解及重新析出分子铁电晶体，使其持续保持催化活性，可再生、循环使用，这是无机铁电体不可企及的。此外，另一个无机铁电体无法企及的特点是分子铁电体具有本征手性，有望应用于手性催化。分子铁电体在催化应用中有独特的优势，但分子铁电体的催化研究一直是片空白。

该研究团队前期报道了高性能分子铁电晶体，三氯合镉酸三甲基氯甲基铵（TMCM-CdCl3），具有12个等效极化方向的多轴铁电性、400 K的高居里温度和高达383 pC/N的压电系数d33（Science 2017, 357, 306;J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 22325）。本工作中，廖伟强教授等科研人员通力合作，将分子铁电晶体TMCM-CdCl3作为催化剂，以N,N-二甲基甲酰胺（DMF）为溶剂和碳源，通过与苯胺和芳基乙炔的[3+2+1]环化，一锅法催化合成了具有重要药理性的喹啉衍生物（图1）。与经典的无机铁电体BaTiO3、压电体ZnO以及中心对称结构类似物TM-CdCl3 (TM为四甲基铵)和TMFM-CdCl3 (TMFM为三甲基氟甲基铵)相比，TMCM-CdCl3表现出显著的催化活性。从DMF中再结晶的TMCM-CdCl3晶体保持了良好的铁电性，可以循环使用。分子铁电体TMCM-CdCl3具有自发极化，相同自发极化方向的微小区域会在其表面形成铁电畴，相邻畴之间的纳米级边界为畴壁（图1）。自发极化使TMCM-CdCl3能够形成内建强极化电场，在超声激励下，自发极化将发生改变，铁电畴表面产生电荷，而铁电畴壁可以作为活性位点，从而实现铁电催化（图1），这不同于无机铁电体中的压电催化。相比于压电催化中由于超声会使压电活性下降，铁电催化中的铁电畴在超声下一直存在，能够持续保持催化活性。

这项工作首次发现分子铁电催化，标志着《铁电化学》迈向铁电催化。分子铁电催化不同于传统的光催化、电催化、热催化等，是一种极具发展潜力的新型催化体系，将为催化领域提供全新的视角。

上一篇：氧化铈和掺杂氧化铈作为高介电常数种子层在氧化铈纳米结构过度生长中的潜在用途研究进下一篇：倪自丰教授：纳米氧化铈磨粒的制备及其在碳化硅衬底抛光中的应用（报告）

Hot News / 相关推荐

氧化铈纳米颗粒诱导水稻品种不同耐盐机制分析

2025 - 09 - 16

点击次数: 10

来源：X-MOL氧化铈纳米颗粒（CeO2NPs）可以提高作物的耐盐性，但其在耐盐性对比的水稻品种中的调控机制尚不清楚。本研究探讨了聚丙烯酸包被纳米铈（PNC）在盐敏（黄花占，H）和耐盐（香粮优 900，X）中引发的调控差异。结果表明，PNC 启动提高了两个品种的耐盐性，但潜在机制不同。在 H 品种中，耐受性增强主要归因于光合作用增强（净光合作用和蒸腾速率分别比 X 品种高 53.27%和 20.5...

美国能源燃料公司生产的镨钕通过电动汽车电机测试

2025 - 09 - 16

点击次数: 10

休斯顿，9月10日（阿格斯）—美国稀土元素公司Energy Fuels于9月9日宣布，其国内开采和加工的镨钕氧化物通过了用于电动汽车电机的所有质量保证测试。Energy Fuels在其位于犹他州的White Mesa工厂生产了高纯度的镨钕氧化物，韩国浦项制铁公司将其进一步加工成镨钕金属、钕铁硼合金烧结块和高性能、高温钕铁硼稀土永磁体。今年3月，该公司与浦项制铁签署了一项协议，使其生产的镨钕氧化物获...

能量转移和循环协同辅助 NaLuF4 微棒中的 Er3+ 发光增强和颜色调节，用于新型光学防伪设计

2025 - 09 - 15

点击次数: 20

来源：X-MOL镧系离子发光因其丰富的光学特性而受到广泛关注。与下移发光过程相比，上转换发光过程表现出更大的复杂性，并且表现出不太有利的发光效果。这两种路线的集成代表了在单一材料中实现多重发光特性的可行策略之一。然而，镧系纳米晶材料内各个发光中心之间的相互影响是阻碍发光材料性能提升的关键因素之一。本文提出了一种基于 Er3+离子单发光中心的上转换-下移发光材料 NaLuF4：Er3+、Yb3+、H...

沉痛悼念蔡乐敏同志

2025 - 09 - 12

点击次数: 72

2025年9月11日上午，江苏省稀土行业协会副秘书长、办公室主任蔡乐敏同志遗体告别仪式于苏州殡仪馆海棠厅举行。江苏省稀土行业协会、上海市稀土协会及相关企业代表、生前好友等出席仪式。全国各省市稀土行业协会敬献花篮，寄托对蔡乐敏同志的深切哀悼，共同缅怀这位在行业内备受尊敬的同仁。蔡乐敏同志的一生，是为稀土事业奋斗不息的一生。自江阴加华的基层岗位至江苏省稀土行业协会副秘书长、办公室主任之职...