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科学前沿:电信学院徐庶教授在钙钛矿降解机制取得重大突破


科学前沿:电信学院徐庶教授在钙钛矿降解机制取得重大突破
新进展简介
近年来,钙钛矿作为新一代半导体光电和电子材料在光电信息领域受到极大的重视。钙钛矿材料具有内量子效率高、载流子迁移率高、禁带宽度可调等特点,同时兼具合成成本低、制程简单的优势,展现出极大的应用潜力,但同时也存在稳定性差的核心问题。钙钛矿材料属于离子型半导体材料,目前的研究表明水、醇等极性溶剂会引起钙钛矿分解,是降低材料稳定性的重要因素,因此无水无氧是钙钛矿应用的必要条件。传统认知更认为钙钛矿无法在水中稳定存在。这些问题极大限制了钙钛矿材料的应用领域和应用环境。
为了解决这一问题,课题组通过研究有机无机杂化钙钛矿的表面化学和水中的解离机制,发现钙钛矿在水中的解离不仅与其离子结构和表面态相关,更取决于其所处的离子环境。在富卤素和有机胺配体的环境下,钙钛矿纳米粒子的表面会形成稳定的有机胺-卤素离子对,有助于缓解钙钛矿在水中的解离。基于此发现,研究人员提出了钙钛矿在离子溶液中的反应机制,并首次实现了有机无机杂化钙钛矿纳米粒子的水相合成。更为重要的是,水相合成的钙钛矿具有在水中保持稳定性的先天优势,研究发现实现钙钛矿水相合成并保持高稳定性的条件包括铅卤配体前体、低pH值反应体系和有机胺配体。通过进一步表面修饰氨基酸等水溶性有机胺配体,合成出的钙钛矿纳米粒子发光效率和稳定性有了进一步提高,其水溶液在持续激发状态下的荧光稳定性超过了250小时。
该项研究挑战了钙钛矿易于在水中分解的传统思维,对钙钛矿材料在水中表面作用机制形成了新的认知,并为钙钛矿材料的合成与应用提供了新的思路,具有重要的研究意义和实际应用价值,可望加快钙钛矿材料和光电器件稳定性方面的机理和应用研究,有力推动钙钛矿材料在光电、生物、传感等领域的应用。目前相关研究已申请专利。
        该工作发表在SCI顶级期刊Angewandte Chemie Int. Ed.DOI: anie.201802670)上,河北工业大学为唯一通讯单位,第一作者为电信学院耿翀博士。该工作得到国家自然科学基金(No.5167206851761165021)、外专局海外名师项目(MSBJLG040)、人社部高层次留学人才回国资助项目(CG2015030001)以及河北省自然科学基金(B2016202229)的资助。


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