本网讯（国际有序物质科学研究院）近日，在《铁电化学》理论框架指导下，南昌大学国际有序物质科学研究院宋贤江教授、陈晓刚教授等利用氢/氟取代策略，设计合成出首例本征的二维范德华分子铁电体。研究成果以“A 2D Van Der Waals Molecular Ferroelectric”为题发表于《先进材料》（Advanced Materials）上。该工作由南昌大学独立完成。

铁电材料凭借其可切换的自发电极化特性，在高密度存储器、传感器等领域有重要应用。随着电子器件日益趋于微型化、集成化和轻薄化，越来越要求铁电材料能够以纳米级厚度的超薄薄膜形式应用。传统的三维铁电体由于薄膜尺寸效应、退极化场的影响以及界面上普遍存在的悬挂键和缺陷极等，在纳米尺度上很难保持铁电性。二维范德华（vdW）铁电体的出现为解决这一难题提供了新方向。这类材料具有稳定的层状结构，层内以强化学键连接，层间则通过弱范德华力结合，不仅易于机械剥离至原子级厚度，还能与其他基底实现无界面问题的集成，被视为后摩尔时代电子元件的重要候选材料。但遗憾的是，已发现的本征二维范德华铁电体数量极少，且主要局限于过渡金属硫/硒磷酸盐和单硫族化合物等无机材料（如CuInP₂S₆），构建新型二维范德华铁电体始终是该领域的重大挑战。

图1. H/F取代策略设计二维范德华分子铁电体的示意图。母体化合物丙酸钠具有二维范德华层状结构，但室温结晶在中心对称的P21/m空间群，不满足铁电体极性晶体对称性的要求，在外电场（E）下表现出普通电介质的极化（P）随E变化的线性行为（上）。对丙酸钠中的丙酸进行H/F取代后，得到的2,2,3,3-四氟丙酸钠保持二维范德华层状结构，并且室温结晶于极性的P21空间群，具有铁电性，其极化P在外电场E下表现出铁电体的电滞回线（下）。

针对上述问题，宋贤江、陈晓刚等利用《铁电化学》理论框架中的H/F取代策略，通过对中心对称的母体化合物丙酸钠进行H/F取代，成功设计并合成出一例新型二维范德华分子铁电体——2,2,3,3-四氟丙酸钠。如图1所示，母体化合物丙酸钠具有独特的二维层状结构：单层内的分子通过包括配位键在内的强化学键紧密连接，层间则依靠弱范德华力堆叠。然而，丙酸钠室温结晶在中心对称的P21/m空间群，不是铁电体。对丙酸钠中的丙酸进行H/F取代后，2,2,3,3-四氟丙酸钠保持二维范德华层状结构，室温晶体对称性却变为极性的P21空间群，表现出铁电性。值得注意的是，2,2,3,3-四氟丙酸钠铁电体的结构特征区别于传统二维有机-无机杂化钙钛矿铁电体的层内弱相互作用，与CuInP₂S₆等无机二维范德华铁电体的层内的强成键特性相似，是一例本征的二维范德华分子铁电体。通过微机械剥离得到9 nm厚的2,2,3,3-四氟丙酸钠薄片上仍然能实现清晰的畴翻转，保持了很好的铁电性。

这项研究工作是《铁电化学》理论框架指导化学设计新型分子铁电体的又一成功例子，填补了分子基本征二维范德华铁电体的研究空白，更为开发具有本征二维铁电性能的分子材料提供了全新思路。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202507450

审校：许航、涂金凤、朱文芳、欧阳仟