華科翟天佑團隊發現無機分子晶體中強分子間相互作用

　　11月15日，《美國化學學會會刊》（Journal of the American Chemical Society）雜志在線刊發了我校材料科學與工程學院、材料成形與模具技術國家重點實驗室翟天佑教授與清華大學帥志剛教授合作的題為“Effect of Strong Intermolecular Interaction in 2D Inorganic Molecular Crystals”的研究論文，并入選封面論文。此研究工作揭示了二維無機分子晶體中強分子間相互的影響，為無機分子晶體中分子間相互作用提供了新的理論認識，對無機分子晶體的性能調控、電學研究和其在光電子領域的潛在應用具有重要的推動作用。

　　自2004年石墨烯被報道以來，二維材料已經成為全世界的研究熱點。與傳統的二維材料（如石墨烯、黑磷等）面內強化學鍵、面間弱范德華力結合的結構不同，二維無機分子晶體在三個維度上均通過弱范德華力結合。2019年，翟天佑團隊首次在國際上提出了二維無機分子晶體的概念，開發了鈍化劑輔助的氣相合成方法，成功實現了二維Sb2O3無機分子晶體的精準合成（Nat. Commun.2019, 10, 4728），并探索了其相變的微觀過程和機理；2020年，該團隊設計了垂直微距升華法合成策略，制備出二維無機雙分子晶體（SbI3·3S8），打破分子晶體的中心反演對稱性，展示了其在非線性光學方面的應用潛力（Adv. Mater.2020, 32, 2003146）。

　　分子晶體微觀結構和性質之間的構效關系是其自組裝成二維形貌、實現高遷移率和高熱穩定性，激發新物理性質的關鍵（Nat. Mater.2020, 19, 491-502；Nat. Phy.2019, 15, 814）。近日，材料學院翟天佑教授和清華大學帥志剛教授等系統地揭示了二維無機分子晶體中強分子間相互的影響。作者首先利用X射線光電子能譜等實驗方法明確了二維無機分子晶體α-P4Se3中由異常短的分子間Se-Se和P-Se原子接觸誘導的強分子間相互作用。然后，將光譜學實驗現象和量子核隧穿模型的理論計算結果相對照，提出P4Se3強分子間相互作用的物理本質為分子間高的電荷密度的觀點，并揭示了其對分子間電荷輸運的顯著影響。最后，作者對α-P4Se3強分子間相互作用的溫度和相變依賴性深入研究，進一步發現這種強分子間相互作用本質上起源于無機分子P4Se3密集有序的堆垛，而分子的密堆積主要取決于分子間斥力所引起的空間位阻效應。該研究工作為無機分子晶體中強分子間相互作用的物理本質和起源提供了新的見解，對無機分子晶體性質的調控、設計和在光電子領域的研究及潛在應用具有重要指導意義。

　　華中科技大學為該論文第一完成單位，材料學院博士生馮昕、清華大學博士后彭星亮為共同第一作者，材料學院翟天佑教授、清華大學帥志剛教授為共同通訊作者。材料學院李會巧教授、北京大學黃富強教授等參與了研究工作。研究工作受到國家杰出青年基金、湖北省創新群體項目、中央高校基本科研專項資金等支持。

　　【文章鏈接】https://doi.org/10.1021/jacs.1c08030