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王中林院士、趙東元院士、李亞棟院士、謝在庫(kù)院士、蘇寶連、陳邦林、喬世璋、汪國(guó)秀等成果速遞丨頂刊日?qǐng)?bào)20200816

納米人 2020-08-17

1. Chem. Rev.：分子印跡聚合物用于生物成像和治療

貢比涅技術(shù)大學(xué) Karsten Haupt和Bernadette Tse Sum Bui對(duì)將分子印跡聚合物用于生物成像和治療領(lǐng)域的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述介紹。

本文要點(diǎn)：

1）分子印跡聚合物(MIPs)是一種“定制的”化學(xué)受體，它可以識(shí)別和結(jié)合目標(biāo)分子，并具有很高的親和力和選擇性。在1993年，MIPs因被作為“抗體模擬物”而受到研究人員的關(guān)注，從那時(shí)起，它們開始被廣泛用于化學(xué)污染物的提取、捕獲、免疫測(cè)定和生物傳感等領(lǐng)域。目前，已有許多新的合成策略可以制備具有納米凝膠形式和更好生物相容性的MIPs。這些合成的MIPs自2010年以來(lái)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域受到研究者的青睞，它們也被證明可以捕獲并消除小鼠體內(nèi)的一些毒素。

2）作者在文中首先介紹了這些“抗體模擬物”背后的基本原理、用于制備MIPs的合成方法以及將其用于在體內(nèi)外靶向和成像癌癥生物標(biāo)志物的應(yīng)用研究。當(dāng)負(fù)載藥物后，MIPs也可以成為作為一種有效的治療藥物以殺死腫瘤細(xì)胞。作者也在最后闡述了MIPs本身如何通過抑制腫瘤生長(zhǎng)來(lái)發(fā)揮其治療功能，旨在推動(dòng)MIPs在納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供重要的參考和指導(dǎo)。

Karsten Haupt. et al. Molecularly Imprinted Polymers: Antibody Mimics for Bioimaging and Therapy. Chemical Reviews. 2020

DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00428

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.0c00428

2. Science Advances：鎘鋅硫化物QDs中原子分散的鎳用于高性能光催化制氫

具有單一原子位的催化劑可以高度調(diào)節(jié)多相催化劑的活性、穩(wěn)定性和反應(yīng)性。因此，對(duì)相關(guān)機(jī)理的原子學(xué)理解對(duì)于同時(shí)提高本征活性、位點(diǎn)密度、電子傳輸和穩(wěn)定性至關(guān)重要。近日，澳大利亞悉尼科技大學(xué)汪國(guó)秀教授，阿德萊德大學(xué)喬世璋教授，清華大學(xué)李亞棟院士報(bào)道了一種策略來(lái)優(yōu)化閃鋅礦Ni_xZCS QDs中原子分散的Ni，以最大限度地提高其在太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)下的高效和持久的光催化水分解的性能。

本文要點(diǎn)：

1）以金屬氯化物和硫代乙酰胺（TAA）為前驅(qū)體，油胺（OLA）為還原劑和穩(wěn)定劑，采用熱注射法制備了化學(xué)計(jì)量比的ZCS QDs。將Ni分散到ZCS QDs中，得到了四個(gè)Ni_xZCS（x=0.015625，0.03125，0.0625和0.125）QDs。

2）分散在ZCS QDs中的微調(diào)Ni原子具有18.87 mmol h^-1 g^-1的超高光催化制氫活性。

3）由實(shí)驗(yàn)研究和DFT計(jì)算相結(jié)合，揭示了高光催化性能的機(jī)理。這包括：i）所制備的Ni_0.03125ZCS QDs具有高活性的單價(jià)Ni(I)在(111)面上的有利的表面工程；ii）各向異性(110)/(111)界面之間的表面異質(zhì)結(jié)，以加強(qiáng)由于BIEF的載流子分離；iii）合適的表面H2吸附熱力學(xué)。

這項(xiàng)工作證明了QDs的物理化學(xué)性質(zhì)在高效光催化制氫中的協(xié)同調(diào)節(jié)作用。因此，所報(bào)道的方法可以為優(yōu)化催化劑中多相元素的準(zhǔn)確引入量提供一條有效的途徑，從而同時(shí)提高催化劑的本征活性、中心密度、電輸運(yùn)和穩(wěn)定性。

D. W. Su, et al, Atomically dispersed Ni in cadmium-zinc sulfide quantum dots for high-performance visible-light photocatalytic hydrogen production, Sci. Adv. 2020

DOI: 10.1126/sciadv.aaz8447

http://advances.sciencemag.org/content/6/33/eaaz8447

3. Matter：具有出色的催化效率的分級(jí)沸石單晶反應(yīng)器

沸石擇形催化劑在石油和精細(xì)化工加工中有著廣泛的應(yīng)用。然而，其小微孔嚴(yán)重阻礙了分子擴(kuò)散并且對(duì)結(jié)焦比較敏感。分層結(jié)構(gòu)多孔沸石單晶具有完全互連的，有序的和可調(diào)的多尺度孔隙度，在宏觀，介觀和微觀長(zhǎng)度尺度上（如葉子）均可提供理想的解決方案。然而，其合成仍然具有很高的挑戰(zhàn)性。

有鑒于此，武漢理工大學(xué)蘇寶連教授，陳麗華研究員，Gustaaf Van Tendeloo，上海石油化工研究院謝在庫(kù)院士報(bào)道了采用自下而上受限晶化工藝，成功地合成了具有高度互聯(lián)有序的晶內(nèi)大/介孔體系、可變的Si/Al比、可調(diào)的介孔和大孔尺寸的ZSM-5單晶。

本文要點(diǎn)：

1）與基準(zhǔn)商業(yè)化微米級(jí)/中級(jí)和微米級(jí)/大型的納米沸石相比，沸石單晶中的分層多孔體系可顯著改善各種反應(yīng)物的擴(kuò)散性能，從而在大分子反應(yīng)和MTO工藝中具有出色的催化性能。

2）以OMMS-ZSM-5(400，30)為例，其不僅在大分子裂化反應(yīng)中具有較高的催化活性，而且分子的有效擴(kuò)散速率分別比基準(zhǔn)商業(yè)微孔/介孔C-ZSM-5和最新的微孔/大孔Nano-ZSM-5高10倍和5倍。在1，3，5-TIPB裂化反應(yīng)中的利用率高達(dá)0.84，是C-ZSM-5催化劑的兩倍，比Nano-ZSM-5催化劑高20%。MTO反應(yīng)的平均結(jié)焦速率分別比C-ZSM-5和Nano-ZSM-5低2.2倍和1.7倍。

3）沸石單晶的催化性能可以通過改變Si/Al比，特別是通過調(diào)整晶內(nèi)介孔和大孔尺寸來(lái)顯著提高。具有介孔和最大孔尺寸的OMMS-ZSM-5(600,100)的相對(duì)擴(kuò)散速率分別比CZSM-5和Nano-ZSM-5高7倍和4.5倍，MTO反應(yīng)的平均結(jié)焦速率分別比C-ZSM-5和C-ZSM-5低8.9倍和7.2倍。與C-ZSM-5和Nano-ZSM-5催化劑相比，樣品的壽命分別延長(zhǎng)了13倍和3.5倍。

該沸石單晶合成路線不僅簡(jiǎn)單，易于升級(jí)，而且通用性強(qiáng)，已經(jīng)擴(kuò)展到其他沸石結(jié)構(gòu)和沸石材料的成功合成，包括Beta，TS-1，MoR，Y和SAPO-34等。此外，利用這些性能優(yōu)良的沸石單晶進(jìn)行大系列工業(yè)催化反應(yīng)，可以設(shè)計(jì)出效率高、催化活性高、選擇性好、壽命長(zhǎng)、能耗、時(shí)間和原料消耗少的新型強(qiáng)化反應(yīng)器和工藝。

Sun et al., Hierarchical Zeolite Single-Crystal Reactor for Excellent Catalytic Efficiency, Matter (2020)

DOI：10.1016/j.matt.2020.07.016

https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.07.016

4. Nano Letters：具有高離子電導(dǎo)率和臨界電流密度的致密Li₆PS₅Cl納米棒用于全固態(tài)鋰電池

固體電解質(zhì)因其良好的機(jī)械性能和較高的鋰離子遷移數(shù)而備受關(guān)注，可抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)。然而，即使在低電流密度下，鋰枝晶仍可以滲透固體電解質(zhì)。有鑒于此，中科院寧波材料所姚霞銀研究員，Jing Yang報(bào)道了具有高密度的平面Li₆PS₅Cl納米棒顆粒，該顆粒在25 ℃時(shí)具有高達(dá)6.11 mS cm^-1的離子電導(dǎo)率，并成功地抑制了Li₆PS₅Cl固體電解質(zhì)中鋰枝晶的生長(zhǎng)。

本文要點(diǎn)：

1）將前驅(qū)體粉末在石英坩堝中退火，然后壓制成芯塊，得到了Li₆PS₅Cl芯塊（粉末燒結(jié)的Li₆PS₅Cl）。另一種制備工藝是先將前驅(qū)體粉末壓制成球團(tuán)，然后再進(jìn)行球團(tuán)退火，得到的Li₆PS₅Cl芯塊稱為球團(tuán)燒結(jié)Li₆PS₅Cl。

2）在相同的退火時(shí)間下，球團(tuán)燒結(jié)的Li₆PS₅Cl的電導(dǎo)率高于粉末燒結(jié)的Li₆PS₅Cl。球團(tuán)Li₆PS₅Cl表面平坦有利于鋰的均勻沉積，同時(shí)致密的球團(tuán)組織抑制了鋰枝晶沿晶界的生長(zhǎng)，在25 ℃時(shí)的臨界電流密度達(dá)到1.05 mA cm^-2。

3）將合成的致密Li₆PS₅Cl顆粒用于LiCoO₂/Li₆PS₅Cl/Li全固態(tài)鋰電池，1 C（0.35 mA cm^-2，25 ℃）下的首次放電容量為115.3 mAh g^-1，循環(huán)100次后容量保持率為80.3%。

Gaozhan Liu, et al, Densified Li₆PS₅Cl Nanorods with High Ionic Conductivity and Improved Critical Current Density for All-Solid-State Lithium Battery, Nano Lett., 2020

DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c02489

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c02489

5. Nano Letters：揭示還原銳鈦礦薄膜中的氧空位超結(jié)構(gòu)

氧空位在調(diào)節(jié)TiO₂的物理性質(zhì)和技術(shù)應(yīng)用中具有至關(guān)重要的作用。在過去的幾十年里，一般認(rèn)為亞化學(xué)計(jì)量比TiO₂中的缺陷與源于晶體剪切面的延伸平面缺陷Ti_nO_2n-x Magnéli相的形成有關(guān)。近日，意大利領(lǐng)域科技園區(qū)（Area Science Park）Daniel Knez，Regina Ciancio報(bào)道了LaAlO₃（LAO）襯底上銳鈦礦型TiO₂薄膜中缺陷陣列的本征結(jié)構(gòu)。

本文要點(diǎn)：

1）通過結(jié)合先進(jìn)的透射電子顯微鏡技術(shù)、電子能量損失譜和原子模擬，對(duì)銳鈦礦中氧空位誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)調(diào)整有了新的認(rèn)識(shí)，排除了早期的剪切面模型。結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)是由于氧空位超結(jié)構(gòu)的形成，這些超結(jié)構(gòu)在薄膜內(nèi)部周期性地延伸，保持了銳鈦礦的結(jié)晶順序。

闡明銳鈦礦中氧空位結(jié)構(gòu)是改進(jìn)這種材料體系的功能和設(shè)計(jì)具有目標(biāo)性能器件的關(guān)鍵步驟。

Daniel Knez, et al, Unveiling Oxygen Vacancy Superstructures in Reduced Anatase Thin Films, Nano Lett., 2020

DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c02125

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c02125

6. Nano Letters：納米多孔金在環(huán)境條件下的自修復(fù)

由于失去了原有性質(zhì)和性能，因此材料的失效往往是一個(gè)不可逆的過程。具有雙連續(xù)開孔結(jié)構(gòu)的納米多孔金（np-Au）在拉應(yīng)力作用下的災(zāi)難性脆性破壞阻礙了其在其他方面的應(yīng)用。近日，韓國(guó)國(guó)立蔚山科學(xué)技術(shù)院Ju-Young Kim報(bào)道了在常溫下通過機(jī)械輔助冷焊來(lái)克服脆性極限的拉伸斷裂np-Au的自修復(fù)過程。

本文要點(diǎn)：

1）與初始拉伸性能相比，np-Au在機(jī)械性能方面的自修復(fù)能力顯示出高達(dá)64.4％的強(qiáng)度恢復(fù)和完全恢復(fù)的彈性模量。通過對(duì)自修復(fù)的np-Au材料進(jìn)行三維重建得到的拓?fù)鋮?shù)，研究人員闡明了材料的強(qiáng)度、彈性模量和應(yīng)變分布。

2）np-Au的自修復(fù)過程歸因于局部壓應(yīng)力在單個(gè)韌帶延性斷裂形成的超小尺寸韌帶中的表面擴(kuò)散。

Eun-Ji Gwak, et al, Self-Healing of Nanoporous Gold Under Ambient Conditions, Nano Lett., 2020

DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c02551

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c02551

7. Angew: 銠-釩雙金屬氧化物簇陰離子在室溫下光輔助選擇性蒸汽和干重整甲烷制合成氣

光能的使用是一種很有前途的策略，可以在溫和的條件下將甲烷(SRM和DRM)的吸熱蒸汽(水)轉(zhuǎn)化和干法（二氧化碳）重整為合成氣，但它仍然面臨著低合成氣選擇性的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。對(duì)每個(gè)基本反應(yīng)的精確控制和應(yīng)用光輻照的關(guān)鍵步驟的獲取對(duì)于提高催化劑的選擇性具有重要意義。有鑒于此，中科院化學(xué)研究所何圣貴等人，首次在氣相催化中成功實(shí)現(xiàn)了室溫下具有高合成氣選擇性的光輔助SRM和DRM反應(yīng)。

本文要點(diǎn)：

1）使用的催化劑是Rh₂VO1-3-3的雙金屬銠-釩氧化物簇陰離子。

2）甲烷的氧化和H₂O/CO₂的還原都可以在黑暗中有效地進(jìn)行，而控制合成氣選擇性的關(guān)鍵步驟是光激發(fā)反應(yīng)中間體Rh2 VO2,3CH2-到特定的電子激發(fā)態(tài)，從而選擇性地產(chǎn)生CO和H₂。

3）與Rh2VO2,3CH2-的熱激發(fā)相比，進(jìn)一步證實(shí)了Rh2VO2,3CH2-上的電子激發(fā)控制合成氣選擇性的重要過程，這導(dǎo)致了產(chǎn)物的多樣性。

總之，通過良好控制的簇反應(yīng)獲得的原子級(jí)機(jī)理，為研究負(fù)載金屬氧化物催化劑上的光催化SRM和DRM反應(yīng)選擇性生產(chǎn)合成氣的過程提供了新的視角。

Yan-Xia Zhao et al. Photoassisted Selective Steam and Dry Reforming of Methane to Syngas Catalyzed by Rhodium‐Vanadium Bimetallic Oxide Cluster Anions at Room Temperature. Angew., 2020.

DOI: 10.1002/anie.202010026

https://doi.org/10.1002/anie.202010026

8. Angew：含穩(wěn)定基團(tuán)MOF通過結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變提高光催化固氮效率

與傳統(tǒng)的Haber-Bosch工藝制氨相比，光催化制氨具有能耗低以及對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。然而，克服N₂極高的鍵能（941 kJ mol^-1）所需的苛刻條件限制了可用于固氮的光催化劑類型。因此，開發(fā)具有高效光吸收和緩慢電子-空穴復(fù)合的新型氮還原反應(yīng)（NRR）光催化劑具有重要意義。有鑒于此，中科院高能物理研究所石偉群研究員報(bào)道了一種新型紫精金屬有機(jī)骨架（RMOF）Gd-IHEP-7，其在空氣中加熱后發(fā)生單晶到單晶的轉(zhuǎn)變，生成Gd-IHEP-8。

本文要點(diǎn)：

1）使用1,1'-雙（3,5-二羧基苯基）- 4,4'聯(lián)吡啶鎓（H4bcbp?2Cl）作為前體配體，在Gd-IHEP-7的晶格中原位還原為bcbp^·3-，合成了紫精基含自由基金屬有機(jī)骨架（RMOF）[Gd(bcbp^·)(H₂O)₂]∞（Gd-IHEP-7）。當(dāng)在空氣中加熱到120℃時(shí)，Gd-IHEP-7失去了配位水分子，導(dǎo)致Gd³⁺的配位環(huán)境發(fā)生重排，生成新的化合物[Gd(bcbp^·)(H₂O)]∞（Gd-IHEP-8）。

2）研究發(fā)現(xiàn)，由于具有良好的自由基相互作用，兩種RMOF均表現(xiàn)出優(yōu)異的空氣和水穩(wěn)定性，其長(zhǎng)壽命自由基在200-2500 nm范圍內(nèi)具有較寬的光譜吸收。

3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Gd-IHEP-7和GdIHEP-8表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化固氮活性，氨產(chǎn)率分別為128和220 μmol h^-1 g^-1。實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算表明，兩種RMOF具有相似的固氮途徑。Gd-IHEP-8與Gd-IHEP-7相比，光催化效率的提高歸因于其具有增強(qiáng)氫鍵穩(wěn)定的中間體。

Kong-Qiu Hu, et al, Solar-Driven Nitrogen Fixation Catalyzed by Stable Radical-Containing MOFs: Improved Efficiency Induced by a Structural Transformation, Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI：10.1002/anie.202009630

https://doi.org/10.1002/anie.202009630

9. Angew：鑭系元素PolyMO雜化F膜用于比率溫度傳感

溫度傳感器在生物學(xué)，化學(xué)和工程領(lǐng)域具有至關(guān)重要的作用，尤其是能夠以無(wú)創(chuàng)方式準(zhǔn)確工作的溫度傳感器極具吸引力。鑭系金屬有機(jī)骨架（Ln-MOF）是發(fā)光溫度計(jì)中應(yīng)用最廣泛的熱探針之一。MOF可變的金屬中心和有機(jī)連接物不僅導(dǎo)致了豐富的發(fā)光性質(zhì)，而且MOF中的客體分子可進(jìn)一步在另一個(gè)維度上調(diào)節(jié)發(fā)光性質(zhì)。

近日，河北工業(yè)大學(xué)李志強(qiáng)副教授，李煥榮教授，德克薩斯大學(xué)圣安東尼奧分校Bin Liang，陳邦林教授報(bào)道了將Ln-MOF與甲基丙烯酸丁酯（BMA）單體進(jìn)行光誘導(dǎo)后合成共聚，成功開發(fā)了一種新型的獨(dú)立式均質(zhì)膜發(fā)光比率溫度計(jì)。

本文要點(diǎn)：

1）在有機(jī)配體上簡(jiǎn)易合成具有可聚合位點(diǎn)的混合鑭系元素金屬氧化物，然后，通過光誘導(dǎo)共聚成功地獲得了獨(dú)立且均質(zhì)的MOF聚合物膜。所得的polyMOF雜化膜顯示出良好的溫敏特性。在90~240 K溫度范圍內(nèi)，⁵D₄→⁷F₅(Tb³⁺)到⁵D₀→⁷F₂(Eu³⁺)躍遷的最大強(qiáng)度比與溫度呈線性關(guān)系。

2）雜化膜不僅具有Ln-MOF粉末的完整性和溫敏性，而且具有良好的機(jī)械性能和顯著的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。即使在高濕度、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等惡劣條件下，也能保持優(yōu)異的比率溫度傳感性能，從而可以繪制極端情況下的溫度分布圖。

這項(xiàng)工作突出了一種簡(jiǎn)單的聚MOF成膜策略，推動(dòng)了基于Ln-MOF的發(fā)光溫度計(jì)在各領(lǐng)域和條件下的進(jìn)一步實(shí)際應(yīng)用。

Tongtong Feng, et al, A Robust Mixed Lanthanide PolyMOF Membrane for Ratiometric Temperature Sensing, Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI：10.1002/anie.202009765

https://doi.org/10.1002/anie.202009765

10. AEM：超伸縮摩擦電納米發(fā)電機(jī)可從微風(fēng)（0.7–6 m s^-1）中收集能量

風(fēng)能是最重要的綠色能源之一，然而，由于電磁發(fā)電機(jī)在高頻下具有最佳工作效果的限制，使得目前的風(fēng)能利用技術(shù)只有在風(fēng)速超過3.5-4.0 m s^-1時(shí)才能發(fā)揮作用。這意味著微風(fēng)無(wú)法達(dá)到當(dāng)前風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)速閾值。近日，中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士，唐偉青年研究員，陳翔宇青年研究員報(bào)道了一種高性能的摩擦電納米發(fā)電機(jī)（TENG）通過利用其在低頻下相對(duì)較高的效率來(lái)有效地從周圍的微風(fēng)中收集能量，尤其是在低于3 m s^-1的速度下。

本文要點(diǎn)：

1）由于超伸縮和穿孔電極的倍頻振動(dòng)，在進(jìn)口風(fēng)速為0.7 m s^-1的情況下，平均輸出功率為20 mW m^-3，而在風(fēng)速為2.5 m s^-1的情況下，平均能量轉(zhuǎn)換效率為7.8%。

2）研究人員研制了一套自充電源組，并驗(yàn)證了TENG在各種微風(fēng)環(huán)境下的適用性。

這項(xiàng)工作展示了TENG技術(shù)在微風(fēng)能源開發(fā)中的優(yōu)勢(shì)，為現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)組和微能源結(jié)構(gòu)提供了一條有效的補(bǔ)充途徑。

Zewei Ren, et al, Energy Harvesting from Breeze Wind(0.7–6 m s^-1)Using Ultra-Stretchable Triboelectric Nanogenerator, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202001770

https://doi.org/10.1002/aenm.202001770

11. AEM綜述：用于電化學(xué)能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換的介孔材料

開發(fā)高性能電極材料是下一代能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)器件的迫切需求。由于具有優(yōu)異的性能，介孔材料顯示出巨大的潛力，可用于構(gòu)建具有高能量/功率密度，長(zhǎng)壽命，增加界面反應(yīng)活性和增強(qiáng)動(dòng)力學(xué)的高性能電極。有鑒于此，復(fù)旦大學(xué)趙東元院士，李偉教授綜述了介孔材料在電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)器件中的應(yīng)用。

本文要點(diǎn)：

1）作者總結(jié)了介孔材料的合成、結(jié)構(gòu)、性能及其在提高可充電電池、超級(jí)電容器、燃料電池和電解槽性能的應(yīng)用，為構(gòu)建高性能介孔電極提供了指導(dǎo)性意見。

2）作者最后提出了介孔材料在能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)能器件未來(lái)發(fā)展中面臨的挑戰(zhàn)和應(yīng)用前景。

Lianhai Zu, et al, Mesoporous Materials for Electrochemical Energy Storage and Conversion, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202002152

https://doi.org/10.1002/aenm.202002152

12. ACS Energy Lett.: 碘化錫鈣鈦礦的不穩(wěn)定性：p型摻雜與表面錫氧化的關(guān)系

鹵化錫鈣鈦礦是實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛鈣鈦礦光電的唯一現(xiàn)實(shí)途徑。然而，盡管取得了重大進(jìn)展，但是鈣鈦礦自p型摻雜和Sn（II）氧化成Sn（IV）仍然限制了太陽(yáng)能電池的器件效率和穩(wěn)定性。通過使用最新的密度泛函理論模擬，意大利佩魯賈大學(xué)Filippo De Angelis, 意大利CNR-SCITEC的Daniele Meggiolaro等人揭示了原始模型和缺陷模型中Sn（II）→Sn（IV）氧化的機(jī)理特征和能量學(xué)。

本文要點(diǎn)：

出乎意料的是，錫的氧化被預(yù)測(cè)在體相MASnI₃中是非常不利的，而在未鈍化的鈣鈦礦表面上則受到能量的有利。結(jié)果，大量的Sn（IV）自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)镾n（II），向價(jià)帶釋放兩個(gè)空穴并p摻雜鈣鈦礦，而表面Sn（IV）充當(dāng)深電子陷阱，并有助于非輻射載流子復(fù)合。發(fā)現(xiàn)化學(xué)計(jì)量和價(jià)帶表面釘扎在很大程度上影響Sn（IV）的形成，指出表面鈍化是獲得有效和穩(wěn)定的鹵化錫太陽(yáng)能電池的主要策略。