Chirale optische materialen hebben in meerdere disciplines grote aandacht getrokken vanwege hun brede toepassingswaarde op gebieden als teledetectie, driedimensionale weergave, informatiecommunicatie en optische informatieopslag. Met de sterke vraag naar stabiele en milieuvriendelijke materialen wordt verwacht dat tweedimensionale, chirale, loodvrije halogenide dubbele perovskieten rijke chiroptische en opto-elektronische eigenschappen zullen genereren.

Chirale loodvrije dubbele perovskieten zijn echter zeldzaam. De grootste uitdaging is dat er slechts één soort organisch kation A is in de tussenlaag van dubbele perovskieten A₄ B_Ik B_III X₈ (A is een organisch kation, B_I en B_III zijn metaalkationen, X is halogeen) en het selectieve domein van chirale kationen A in dubbele perovskieten wordt beperkt door de breedte van de organische tussenlaag.

In een onderzoek gepubliceerd in Chem heeft een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Luo Junhua van het Fujian Institute of Research on the Structure of Matter van de Chinese Academie van Wetenschappen een achiraal-chirale kation-intercalatiestrategie voorgesteld om op rationele wijze een reeks nieuwe enantiomere loodvrije halogenide dubbele perovskieten te ontwerpen met asymmetrische en chirale bifunctionele kenmerken.

Door de strategie van achiraal-chirale kationintercalatie realiseerden de onderzoekers ladingsbehoud en een algehele sterische hinderbalans. De rangschikking van de oorspronkelijke geïntercaleerde kationen werd gewijzigd van een enkel kation A naar diverse kationen A+A￠, waarbij A' overvloedige achirale kationen vertegenwoordigt.

De onderzoekers synthetiseerden vervolgens zes nieuwe enantiomere loodvrije halogenide dubbele perovskieten (R/S-PPA)₂ (BA)₂ AgBiBr₈ , (R/S-PPA)₂ (BrPA)₂ AgBiBr₈ en (R/S-PPA)₂ (Br-EA)₂ AgBiBr₈ , wat de haalbaarheid van deze synthesestrategie aantoont.

Röntgendiffractieanalyse met één kristal toonde aan dat achirale en chirale kationen zich afwisselend rangschikken en verbinding maken met diverse niet-covalente intermoleculaire interacties zoals CH···π, π···π, CH···Br. Deze interacties zorgen ervoor dat de chirale organische kationen en achirale organische kationen stabiel en harmonieus naast elkaar bestaan ​​in chirale halogenide dubbele perovskieten.

Verdere analyse toonde aan dat chirale verbindingen de voorkeur kunnen geven aan een meer vervormde structuur vanwege hun natuurlijke asymmetrische kenmerken. Grotere structurele vervormingen resulteren over het algemeen in lagere kristalsymmetrieën, waardoor de asymmetrie wordt verbroken en zo de weg wordt vrijgemaakt voor het genereren van signalen van circulair dichroïsme (CD) en tweede harmonische generatie (SHG).

Verbindingen gebruiken (R/S-PPA)₂ (Br-EA)₂ AgBiBr₈ Zo ontdekten de onderzoekers dat ze een sterke niet-lineaire optische respons bieden die tot twee keer zo groot is als die van de modernste KH₂ PO₄ niet-lineaire kristallen en robuuste circulaire dichroïsmesignalen in het zichtbare gebied.

Deze studie biedt een nieuwe benadering voor het onderzoeken van chirale loodvrije halogenide dubbele perovskieten.

Meer informatie: Tingting Zhu et al., Rationeel ontwerp van enantiomere loodvrije dubbele perovskieten door achiraal-chirale kationenintercalatie, Chem (2023). DOI:10.1016/j.chempr.2023.11.010

Journaalinformatie: Chem

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen