有机-无机杂化钨氧簇基材料的制备、铁电及磁性研究

尽管钨是一种珍贵的战略资源及钨氧簇基材料在催化、药物、电化学、磁化学和材料科学等领域存在重要的应用,据调研可知，还没有关于钨氧簇基材料铁电性能的研究。有机-无机杂化钨氧簇材料具有电偶极矩且是电绝缘体，满足产生铁电性能的条件。本项目利用缺位手性钨氧簇与磁性金属离子配位，再通过不对称有机配体进行修饰，控制材料以极性空间群结晶，造成材料内部电荷分布不均引起正负电荷中心不重合，进而制得有机-无机杂化钨氧簇基铁电和磁性材料，对其结构、铁电和磁性等进行研究。在硅或碳化硅衬底上利用旋转涂膜法制作钨氧簇基材料薄膜电容器件，基于偶极子翻转理论，建立了铁电薄膜电滞回线模型，探测其信息存储性能。该项工作的开展，不但开创了钨氧簇基铁电性能的研究，为其实现在数据存储读写介质、光电转换器件等方面的应用开发奠定研究基础，而且实现钨资源综合开发和利用，因此有重大理论和现实研究意义和有重要的潜在应用研究价值。

利用缺位钨氧簇与磁性金属离子和手性有机配体（或非手性）反应策略，成功合成了80余种有机-无机杂化钨氧簇材料，发现了一些制备具有铁电或磁性的钨氧簇材料反应规律和技术关键点，这对我们进一步开展此类材料铁电、压电和非线性光学性能提供了前期工作积累。我们首次发现了具有铁电性的氨基酸参与的稀土取代钨氧簇材料。利用红外光谱、元素分析、电感等离子耦合原子发射光谱、X-射线光电子能谱和单晶X-射线衍射等手段对合成的有机-无机杂化钨氧簇材料进行了结构表征。借助电滞回线、变温磁化率和荧光发射光谱，对具有极性空间群的钨氧簇材料进行了铁电、磁性和荧光性质进行了研究。借助变温磁化率、交流磁化率、瞬态-稳态荧光发射光谱、电化学、差热-热重分析、光催化等测试手段，对非极性空间群的钨氧簇材料的磁性、发光行为、电催化、热学、光催化等性质进行了研究。特别地，建立了部分材料的磁性交换模型，并进行了定量模拟和分析。尽管项目实施过程基本顺利，然而还存在一些不足之处，如还没有建立一套系统地制备极性空间群的钨氧簇材料的方法和对铁电性能化合物理论计算开展缓慢，在以后的工作中进行深入探索和解决。本项目在研期间，在J. Am. Chem. Soc., Cryst. Growth Des. Dalton Trans. CrystEngComm等国际学术期刊上发表SCI收录论文33篇，获批发明专利1项，参加学术会议20余人次，培养硕士研究生7名。该项目的实施将为开发钨氧簇基材料铁电和磁性的研究提供实验数据积累和理论指导，具有重要的潜在应用研究价值。