2025年12月01日
星期一
鈣鈦礦半導體材料以其優(yōu)異的光物理性質，在光伏和光電信息器件領域已經展現(xiàn)出了廣闊的應用前景。在晶格中引入疏水有機配體構建而成的二維鈣鈦礦，不僅其濕度穩(wěn)定性得到大幅提高，而且結構和光物理特性靈活可調。然而空間維度的降低同時也顯著增強了材料的空間限域性，從而使得激子結合能過高，造成電荷分離困難，限制了二維鈣鈦礦在高性能太陽能電池和非線性光學模塊中的深入應用。
近日，安徽師范大學物理與電子信息學院陸洲課題組、中國科學院大連化學物理研究所金盛燁/田文明課題組以及中國科學技術大學武曉君課題組合作，在二維鈣鈦礦激子解離機制研究中取得新進展。合作團隊以飽和環(huán)烷胺為配體設計合成了一系列新型R-P型二維鈣鈦礦量子阱，利用配體策略工程有效調控二維鈣鈦礦晶體結構，結合超快光譜實驗與密度泛函理論計算發(fā)現(xiàn)了高限域材料中的激子高效自發(fā)分離新機理。研究表明，鈣鈦礦層為了適應更小的環(huán)丙烷胺與環(huán)丁烷胺配體，在生長過程中變得更加扭曲，顯著減小了相鄰[PbX6]晶胞中Pb2+和I-之間的距離，從而形成Pb23+和I2-二聚體，能夠有效地捕獲電子和空穴，并形成局域內建電場，實現(xiàn)室溫下的限域斯塔克效應。
圖 配體調控晶體結構促進激子解離機制
該研究表明，在無需使用高功率激光引入俄歇復合或外加電場的情況下，通過簡單改變配體類型，改變晶體結構的扭曲程度，即可實現(xiàn)I型二維鈣鈦礦量子阱的有效電荷分離。這種結構畸變工程策略為低維半導體量子阱材料提供了一種光電性能調控的普適方法，為實現(xiàn)二維鈣鈦礦在光伏和非線性光學調制中的應用奠定了理論基礎。
相關成果以" Layer Distortion Engineering for Spontaneous Charge Separation in Two-Dimensional Perovskites"為題，近日發(fā)表在美國化學會能源類旗艦雜志《ACS Energy Letters》上。安徽師范大學青年教師趙春一博士為論文第一作者，陸洲教授、中科院大連化學物理研究所孫祺副研究員和中國科大武曉君教授為本文通訊作者。安徽師范大學為論文的第一完成單位。
上述工作得到了國家自然科學基金、安徽省自然科學基金、安徽省高等學校年度科研計劃項目、安徽省高校協(xié)同創(chuàng)新項目等資助。
原文鏈接： https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c02099。
新聞鏈接：https://www.ahnu.edu.cn/info/1104/105830.htm
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