材料的晶体结构和对称性对材料的物理性质起到决定性作用。当晶体的对称性操作减少，即发生对称性破缺时，可以改变材料的铁电、压电、热电、二次谐波等物理性质。

层状材料的对称性主要取决于层的堆积方式。由于在晶体生长过程中，层与层之间倾向于以热力学最稳定的方式连接，使得原位控制层堆积是一项非常具有挑战性的课题。

近日，中国科学院化学研究所的李峻柏研究团队以二苯丙氨酸（FF）层状晶体为研究对象，采用CO₂覆盖生长活性位点的策略，实现了对晶体的层排列以及对称性的有效控制。

研究发现，FF可自组装形成层状晶体（β-FF）。该晶体中，相邻分子层堆积方向相反，具有旋转对称特征。FF在CO₂（压力0.1-10 MPa）中组装成具有相同层基元的晶体（γ-FF），但其中层之间堆积方向相同，结构发生对称性破缺。X射线衍射以及动力学计算结果说明，β-FF处于热力学稳定态，层间通过T形的π-π堆积相互作用连接；γ-FF处于动力学捕获态，层间采用空间互补的拉链式的连接方式。

理论计算结果揭示了CO₂诱导对称性破缺的原因。当 FF 分子自组装时，游离的FF倾向于吸附在对称的位点以满足两层之间的π-π堆积相互作用；当CO₂参与FF组装时，其将通过电荷作用吸附在 FF单分子层表面，覆盖原本的π-π堆积的相互作用位点，使游离的FF分子能够吸附在空间排列上更有利的不对称位点上，从而引起晶体结构的对称性破缺。

进一步研究表明，对称性破缺的晶体由于具有更多的压电张量表现出更强的压电效应。以其为活性层制备的压电发电机的输出电压是高对称晶体的5倍以上。本工作为层状材料的结构与性质调控提供了新途径。