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    北理工在鈣鈦礦材料的A位分子設計和制備方面取得突破進展


      近日,北京理工大學材料學院鐘海政課題組在鈣鈦礦材料A位分子的設計和制備方面取得突破進展,于2019年9月6日在材料領域的頂級期刊《Advanced Materials》上在線發表, Halogenated-Methylammonium Based 3D Halide Perovskites,  Advanced Materials  2019, 31, 1903830 (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903830)。論文發表后很快獲得“納米人”等學術媒體關注和報道。

      鹵化物鈣鈦礦是一類可溶液加工的新型光電子材料,已經在光伏、電致發光、激光、鐵電等方面取得突破性進展,成為重要的前沿科學領域之一。鈣鈦礦材料優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結構相關,因此尋求新的鈣鈦礦材料是取得原始創新,推動應用發展的主要方向之一。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,然而受結構容忍因子的限制,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。盡管理論學家早就預測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和應用特性,然而由于鹵代甲胺不穩定,其制備成為學術界的難題之一。

      鐘海政課題組是國際上最早報道鈣鈦礦量子點研究的研究團隊之一。前期研究中,他們發明的鈣鈦礦量子點的再沉淀制備技術和原位制備技術,已經成為制備鈣鈦礦量子點的經典方法之一,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,該課題組發展了鹵代甲銨鹽的制備方法,采用親核反應機理,利用氨氣與鹵代甲烷反應,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材料,材料表征表明該類鈣鈦礦材料熱穩定性較好,激子結合能較小。該研究打破了三維鈣鈦礦的材料設計中A位分子的限制,為鈣鈦礦光電器件應用提供了新的材料選擇,有望進一步推動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構示意圖,FMAPbBr3鈣鈦礦單晶和FMAPbBr3鈣鈦礦量子點

      上述研究成果的完成利用了學校跨學科平臺“低維量子結構與器件實驗室”和材料學院“先進材料實驗中心”的研究條件,得到國家自然科學基金優秀青年基金(61722502)和重點基金項目(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強磁場中心韓俊波教授的支持,單晶解析由我校機電學院王林老師完成,研究生黃鵬、博士后王雷和陳宇特別研究員參與了該項研究。

      

    附第一作者黃勝簡介:

      黃勝,材料學院2016級博士生,主要開展新型鈣鈦礦材料設計及合成方面的研究,已經發表SCI論文15篇,以第一申請人提交國內發明專利申請6項,其中1項提交PCT國際專利申請。

      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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