2024年1月，上海科技大学姜珊与南开大学李伟团队提出了一种构筑有机压电材料的新思路，利用多空有机笼(POCs)作为有机压电材料的构筑平台，通过合成后修饰和阴离子调控构建压电晶体。上海光源晶体学线站BL10U2在数据收集过程中提供了支持。

　　近年来，由于对柔性、环保、生物相容性高的有机压电材料的研究日益深入，利用有机压电材料进行高效的机械能到电能的转换已经引起了人们的广泛关注。然而，有机晶体在中心对称空间群中结晶的固有倾向对实现其压电势构成了重大障碍。为了克服这一阻碍，上海科技大学姜珊与南开大学李伟团队提出了一种构筑有机压电材料的新思路，利用多空有机笼(POCs)作为有机压电材料的构筑平台，通过合成后修饰和阴离子调控构建压电晶体。

　　非中心对称的晶体结构是材料压电性的前提，为了设计得到非中心对称的有机笼晶体，作者选择了亚胺笼进行合成后修饰，获得了结构灵活、分子对称性低的胺笼，并进一步通过质子化结合不同大小和几何构型的阴离子(Cl-, Br-, SO₄^2-)将胺笼转变为有机笼盐。在合成后修饰的过程中，有机笼阳离子的构象与阴离子的分布位置是决定晶体对称性的主要因素，最终六种有机笼盐其中的五种均结晶于非中心对称空间群，验证了亚胺笼后修饰策略对于获得非中心对称晶体的有效性。

　　为了探究有机笼盐这类新型压电材料的结构性质，作者研究了有机笼盐的晶体结构变化、 非线性光学效应和压电性质。结合单晶X射线衍射和变温二次谐波发生(SHG)测试，作者成功观测到RCC1-SO4中由阴离子位移引起的从非中心对称到中心对称的结构转变与SHG信号的“开-关”行为。除此之外，利用压电响应力显微镜(PFM)，作者在RCC1-Cl中观察到了电压刺激下的极性反转现象，说明了有机笼盐材料的压电性和潜在铁电效应。确定了有机笼盐的压电性质后，作者将有机笼盐与聚合物制成复合膜，并进一步组装成柔性压电能量收集器。

　　这类新型有机压电材料具有优异的压电性能，在可穿戴设备、电子皮肤和生物医疗检测等领域具有重要应用潜力。

　　图4 POCs由于优异的压电性能，是能量收集的理想候选材料

　　相关研究结果以“Design of piezoelectric organic cage salts for energy harvesting”为题发表在Chem上。

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　　Yang-zhi Ye，Hui-yu Liu，Yong-ji Gong，Ze-zhao Xu，Ying Zhao，Na Yu，Qi-sheng Wang，Wen Wen，Tie-ying Yang，Wei Li，Shan Jiang, Design of piezoelectric organic cage salts for energy harvesting, Chem, 10, 1–14(2024). [https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.12.006]