北理工在鈣鈦礦材料的A位分子設(shè)計(jì)和制備方面取得突破進(jìn)展
發(fā)布日期：2019-09-09 供稿：材料學(xué)院 陳宇
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近日,，北京理工大學(xué)材料學(xué)院鐘海政課題組在鈣鈦礦材料A位分子的設(shè)計(jì)和制備方面取得突破進(jìn)展，于2019年9月6日在材料領(lǐng)域的頂級(jí)期刊《Advanced Materials》上在線發(fā)表,， Halogenated-Methylammonium Based 3D Halide Perovskites, Advanced Materials 2019, 31, 1903830 (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903830),。論文發(fā)表后很快獲得“納米人”等學(xué)術(shù)媒體關(guān)注和報(bào)道。
鹵化物鈣鈦礦是一類可溶液加工的新型光電子材料,，已經(jīng)在光伏,、電致發(fā)光、激光,、鐵電等方面取得突破性進(jìn)展,，成為重要的前沿科學(xué)領(lǐng)域之一。鈣鈦礦材料優(yōu)異的光電特性主要與其鉛鹵八面體[PbX6]4-連接和A位分子填隙的ABX3結(jié)構(gòu)相關(guān),，因此尋求新的鈣鈦礦材料是取得原始創(chuàng)新,，推動(dòng)應(yīng)用發(fā)展的主要方向之一。A位分子的摻雜是取得高性能光電器件的決定性因素之一,，然而受結(jié)構(gòu)容忍因子的限制,，目前僅有銫(Cs，1893年),、甲胺(MA,，1978年)和甲脒(FA，1995年)三種可供選擇,。盡管理論學(xué)家早就預(yù)測(cè)了鹵代甲胺鹽是一類有潛力的A位分子,，成為新型三維鈣鈦礦材料,，提升和拓展其光電性質(zhì)和應(yīng)用特性，然而由于鹵代甲胺不穩(wěn)定,，其制備成為學(xué)術(shù)界的難題之一,。
鐘海政課題組是國(guó)際上最早報(bào)道鈣鈦礦量子點(diǎn)研究的研究團(tuán)隊(duì)之一。前期研究中,，他們發(fā)明的鈣鈦礦量子點(diǎn)的再沉淀制備技術(shù)和原位制備技術(shù),，已經(jīng)成為制備鈣鈦礦量子點(diǎn)的經(jīng)典方法之一，被同行廣泛使用,，代表性工作包括ACS Nano 2015 , 9, 4533-4542, Google引用913次; Advanced Materials 2016, 28, 9163-9168,，Google引用209次；Angew Chem 2017, 56, 1780-1783; ACS Nano 2018, 12, 8808-881; Advanced Functional Materials 2018, 1706567,；Advanced Functional Materials 2019, 1903648,。最近，該課題組發(fā)展了鹵代甲銨鹽的制備方法,，采用親核反應(yīng)機(jī)理,，利用氨氣與鹵代甲烷反應(yīng)，解決了鹵代甲胺鹽難以制備的難題,，成功合成了系列鹵代甲胺鹽,，利用所合成的氟取代甲胺鹽(FMABr)制備出3D FMAPbBr3鈣鈦礦單晶和量子點(diǎn)材料，材料表征表明該類鈣鈦礦材料熱穩(wěn)定性較好,，激子結(jié)合能較小,。該研究打破了三維鈣鈦礦的材料設(shè)計(jì)中A位分子的限制，為鈣鈦礦光電器件應(yīng)用提供了新的材料選擇,，有望進(jìn)一步推動(dòng)鈣鈦礦材料的光電器件研究,。
圖1 鹵代銨鹽及其鈣鈦礦三維結(jié)構(gòu)示意圖，F(xiàn)MAPbBr3鈣鈦礦單晶和FMAPbBr3鈣鈦礦量子點(diǎn)
上述研究成果的完成利用了學(xué)?？鐚W(xué)科平臺(tái)“低維量子結(jié)構(gòu)與器件實(shí)驗(yàn)室”和材料學(xué)院“先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)中心”的研究條件,，得到國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金(61722502)和重點(diǎn)基金項(xiàng)目(61735004)的支持。論文第一作者為博士研究生黃勝,，通訊作者為鐘海政教授,，光譜表征獲得了華中科技大學(xué)強(qiáng)磁場(chǎng)中心韓俊波教授的支持，單晶解析由我校機(jī)電學(xué)院王林老師完成,，研究生黃鵬,、博士后王雷和陳宇特別研究員參與了該項(xiàng)研究。
附第一作者黃勝簡(jiǎn)介：
黃勝,，材料學(xué)院2016級(jí)博士生,，主要開展新型鈣鈦礦材料設(shè)計(jì)及合成方面的研究，已經(jīng)發(fā)表SCI論文15篇，以第一申請(qǐng)人提交國(guó)內(nèi)發(fā)明專利申請(qǐng)6項(xiàng),，其中1項(xiàng)提交PCT國(guó)際專利申請(qǐng),。
部分論文目錄：
1、Adv. Mater. 2019, 31, 1903830.第一作者
2,、Sci Bull. 2018, 63, 1254-1259. 第一作者
3,、Angew Chem. 2017, 56, 1780-1783. 共同第一
4、J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 11705-11715. 共同第一
5,、Adv. Mater. 2018, 30, 1800544. 第二作者
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