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斯坦福大学今日Nature:层状钙钛矿异质结的定向自组装

发布时间:2021-09-17

【引言】

石墨烯和MoS2等不同二维(2D)结构的精确堆叠重新激发了2D材料发展,从而进一步揭示了它们界面上的独特现象。这些独特的界面通常使用机械或基于沉积的方法,以一次构建一个单层的方式来构建异质结。层状异质结的批量合成几乎完全使用高温固态合成技术,可以从中分离出金属氧化物,硫化物,磷化物和卤化物基材料。这些材料通过一种称为共生的过程形成,即一种结构在另一种结构表面的结晶。然而,发现的这些材料的结构多样性是有限的,每种结构都是来自有限反应空间。相比之下,层状有机-无机卤化物钙钛矿以其结构可调性和低温合成而闻名。在层状钙钛矿中,有机或无机离子通常是烷基铵阳离子,通过形成有机双层来分隔钙钛矿片。通过调整有机阳离子的结构,可以预测合成大量的卤化物钙钛矿。自组装是一种可扩展的技术,其中复杂的材料可以在溶液中选择性地形成。

今日,美国斯坦福大学Hemamala I. Karunadasa教授(通讯作者)展示了一种在水溶液中将层状钙钛矿-非钙钛矿异质结自组装成大单晶的合成策略。使用双功能有机分子作为导向基团,作者分离出了六层异质结,其形状为具有不同无机晶格的钙钛矿板的交错,这也是以前未知的钙钛矿晶体。在许多情况下,这些共生晶格是典型无机结构类型的二维同系物。研究表明,这些化合物是第一个使用有机模板形成的层状钙钛矿异质结,并通过单晶X射线衍射表征得到验证。值得注意的是,这种无机结构的交错可以显著改变能带结构。光学数据和第一性原理计算表明,钙钛矿和共生层之间的实质性耦合,导致分布在两个亚晶格上的新电子跃迁。鉴于卤化物钙钛矿的技术前景,这种直观的合成路线为在水中自组装,从而定向合成结构丰富的复杂半导体奠定了基础。相关研究成果以“Directed assembly of layered perovskite heterostructures as single crystals”为题发表在Nature上。北京颐光新源科技有限公司是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,时间相关荧光光谱测量,皮秒激光和皮秒光源,CCD,ICCD,红外面阵探测器,光电倍增管,光学元器件,光学镀膜产品,电光源及LED测量系统等。

【图文导读】

图一、钙钛矿共生的反应设计方案北京颐光新源科技有限公司是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,时间相关荧光光谱测量,皮秒激光和皮秒光源,CCD,ICCD,红外面阵探测器,光电倍增管,光学元器件,光学镀膜产品,电光源及LED测量系统等。

图二、钙钛矿有机层中的含氧酸以及H3O+与Li+的交换北京颐光新源科技有限公司是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,时间相关荧光光谱测量,皮秒激光和皮秒光源,CCD,ICCD,红外面阵探测器,光电倍增管,光学元器件,光学镀膜产品,电光源及LED测量系统等。

图三、3D结构的概念化降维以提供分层异质结北京颐光新源科技有限公司是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,时间相关荧光光谱测量,皮秒激光和皮秒光源,CCD,ICCD,红外面阵探测器,光电倍增管,光学元器件,光学镀膜产品,电光源及LED测量系统等。

、钙钛矿-PbX2 (X = Cl, Br) 异质结的对比北京颐光新源科技有限公司是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,时间相关荧光光谱测量,皮秒激光和皮秒光源,CCD,ICCD,红外面阵探测器,光电倍增管,光学元器件,光学镀膜产品,电光源及LED测量系统等。

文献链接:“Directed assembly of layered perovskite heterostructures as single crystals(Nature,202110.1038/s41586-021-03774-y)

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