整体式介孔二氧化硅中的顺电 KH$_2$PO$_4$ 纳米晶：结构与晶格动力学

将介电晶体与介孔固体结合可实现功能纳米材料的灵活设计，其中多孔宿主提供机械刚性支架结构，而分子填充物赋予功能性。本文报道了对 SiO$_2$:KH$_2$PO$_4$ 纳米复合材料的复杂晶格动力学研究，该材料由整体式介孔二氧化硅玻璃宿主及其管状通道（宽约 $\sim$12 nm）中嵌入的 KH$_2$PO$_4$ 纳米晶组成。在 70-1600 cm$^{-1}$ 光谱范围内进行的微拉曼研究揭示了受限晶体的复杂晶格动力学。其拉曼光谱与块体 KH$_2$PO$_4$ 晶体相似，因此结合 X 射线衍射实验，证实了具有类块体结构的 KH$_2$PO$_4$ 纳米晶基于溶液的制备成功。我们不仅观察到高频内模（$\sim$900-1200 cm$^{-1}$，为 PO$_4$ 四面体内部振动的典型特征），更重要的是还观察到块体 KH$_2$PO$_4$ 晶体典型的低频模。实验拉曼光谱通过群论分析和第一性原理晶格动力学计算进行解释。对计算本征矢的分析表明，大多数声子模涉及氢原子，证实了氢子系统在顺电块体及极端空间受限下 KH$_2$PO$_4$ 晶体晶格动力学中的重大意义。受限与未受限晶体相比相对拉曼强度的微小重分布，可能源于晶体场和原子间相互作用的轻微改变，尤其是对于邻近二氧化硅孔表面的纳米晶部分。