华科翟天佑团队发现无机分子晶体中强分子间相互作用
11月15日，《美国化学学会会刊》（Journal of the American Chemical Society）杂志在线刊发了我校材料科学与工程学院、材料成形与模具技术国家重点实验室翟天佑教授与清华大学帅志刚教授合作的题为“Effect of Strong Intermolecular Interaction in 2D Inorganic Molecular Crystals”的研究论文，并入选封面论文。此研究工作揭示了二维无机分子晶体中强分子间相互的影响，为无机分子晶体中分子间相互作用提供了新的理论认识，对无机分子晶体的性能调控、电学研究和其在光电子领域的潜在应用具有重要的推动作用。
自2004年石墨烯被报道以来，二维材料已经成为全世界的研究热点。与传统的二维材料（如石墨烯、黑磷等）面内强化学键、面间弱范德华力结合的结构不同，二维无机分子晶体在三个维度上均通过弱范德华力结合。2019年，翟天佑团队首次在国际上提出了二维无机分子晶体的概念，开发了钝化剂辅助的气相合成方法，成功实现了二维Sb2O3无机分子晶体的精准合成（Nat. Commun.2019, 10, 4728），并探索了其相变的微观过程和机理；2020年，该团队设计了垂直微距升华法合成策略，制备出二维无机双分子晶体（SbI3·3S8），打破分子晶体的中心反演对称性，展示了其在非线性光学方面的应用潜力（Adv. Mater.2020, 32, 2003146）。
分子晶体微观结构和性质之间的构效关系是其自组装成二维形貌、实现高迁移率和高热稳定性，激发新物理性质的关键（Nat. Mater.2020, 19, 491-502；Nat. Phy.2019, 15, 814）。近日，材料学院翟天佑教授和清华大学帅志刚教授等系统地揭示了二维无机分子晶体中强分子间相互的影响。作者首先利用X射线光电子能谱等实验方法明确了二维无机分子晶体α-P4Se3中由异常短的分子间Se-Se和P-Se原子接触诱导的强分子间相互作用。然后，将光谱学实验现象和量子核隧穿模型的理论计算结果相对照，提出P4Se3强分子间相互作用的物理本质为分子间高的电荷密度的观点，并揭示了其对分子间电荷输运的显著影响。最后，作者对α-P4Se3强分子间相互作用的温度和相变依赖性深入研究，进一步发现这种强分子间相互作用本质上起源于无机分子P4Se3密集有序的堆垛，而分子的密堆积主要取决于分子间斥力所引起的空间位阻效应。该研究工作为无机分子晶体中强分子间相互作用的物理本质和起源提供了新的见解，对无机分子晶体性质的调控、设计和在光电子领域的研究及潜在应用具有重要指导意义。
华中科技大学为该论文第一完成单位，材料学院博士生冯昕、清华大学博士后彭星亮为共同第一作者，材料学院翟天佑教授、清华大学帅志刚教授为共同通讯作者。材料学院李会巧教授、北京大学黄富强教授等参与了研究工作。研究工作受到国家杰出青年基金、湖北省创新群体项目、中央高校基本科研专项资金等支持。
【文章链接】https://doi.org/10.1021/jacs.1c08030
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