研究背景
近年來，二維金屬鹵化鈣鈦礦因其出色的光電性能而廣泛用于光電領域，如太陽能電池，光電探測器等。三維鉛鹵鈣鈦礦由于其優異的載流子傳輸性能和室溫下的強光致發光性能，在光點器件中取得了顯著進展，但材料的快速分解限制了其商業應用。現已發現二維鈣鈦礦材料具有更好的水熱氧氣和光穩定性，在發光二極管應用中具有良好的色純度和高亮度。但由于其缺陷過多、單色性差等缺點，限制了其在工業上的應用。此外，具有良好單色性的鈣鈦礦材料可以促進純光致發光光學器件的發展，例如發射藍光和紫光的發光二極管。因此，有必要開發一些缺陷較小、高光致發光的新型有機-無機雜化二維鈣鈦礦材料，同時獲得較高的單色性。
成果簡介
天津大學趙廣久團隊首次將界面和晶體工程相結合，通過缺陷鈍化和晶格畸變的協同調控，合成了一種新型的二維固態高效光致發光 (PEA)2PbBrxCl4-x/PbCl2(x=0, 0.5, 2, 2.5, 3, 4)體系（C. Zhou,1 C. Wang,1 Y. Chu, L. Ma, Y. Liu, X. Zhang, X. Yu, H. Wang, G. Zhao* 2D Mater. 2020, 7, 031008.）。PbCl2對二維鈣鈦礦晶界缺陷的鈍化導致了光致發光(PL)的增強，并通過界面工程延長了平均光致發光壽命。此外，溴離子摻雜降低了鈣鈦礦型八面體的結構畸變程度。結果表明，在(PEA)2PbBrxCl4-x/PbCl2體系中，由于晶格畸變，使PL由白色調諧為藍色。這些結果表明，(PEA)2PbBrxCl4-x/PbCl2體系通過界面和晶體工程相結合的協同調控策略，在光電子器件中具有潛在的應用前景。
除了對晶面缺陷鈍化及晶格畸變外，掌握如何調控鈣鈦礦的幾何構型，設計具有高性能和優異穩定性的新型鈣鈦礦材料也非常重要。趙廣久團隊提出了對二維鈣鈦礦材料的維度工程策略，實現了鈣鈦礦由二維納米片向準二維納米晶的維度轉變，這為提升鈣鈦礦性能，拓寬新型材料提供了新的設計思路（L. Ma,1 C. Wang,1 Y. Chu, Y. Guo, X. Feng, Z. Yu, H. Zhang, G Zhao*, 2D Mater. 2021, 8, 021003.）。利用堿金屬Cs+引入二維鈣鈦礦(PEA)2PbBr4 NPs中擴展了鉛鹵八面體的有序鏈接，將有機陽離子PEA+有序的排布于(PbBr6)4-外面，既顯著增加類似三維鈣鈦礦材料的載流子遷移率，又實現了具有二維鈣鈦礦的量子阱結構，從而實現了準二維鈣鈦礦的有序結構。在實驗方面證明了準二維鈣鈦礦的結構的形成，維度的增大導致其穩態光譜特征紅移的表現。激發態動力學的研究揭示了準二維鈣鈦礦納米晶的本征發光途徑，經F?rster能量轉移后，光致發光全部來源于自由激子的輻射復合。準二維納米晶的發光途徑高效單一，其光致發光全部來源于自由激子的輻射復合，且準二維鈣鈦礦納米晶具有優異的光穩定性及衰減壽命穩定性。并且二維鈣鈦礦經升維后的準二維鈣鈦礦納米晶的穩定性及光致發光量子產率增強，并給出了維度轉變前后的光物理過程。
參考文獻
1. Ma, L., et al. Highly effcient photoluminescence of 2D perovskites enabled by dimensional increasing. 2D Mater. 8, 021003 (2021).
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1583/abdb96
2. Zhou, C., et al. Defect passivation and lattice distortion enhance solid-state photoluminescence of two-dimensional perovskites. 2D Mater. 7, 031008, (2020).
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1583/ab8d83
團隊介紹
趙廣久教授團隊屬于天大雙一流學科化學學科。團隊研究特色是注重實驗與理論的緊密結合，既采用理論計算解釋相應實驗現象，又利用實驗數據驗證理論結果的正確性，還能在理論指導下預測特定實驗結果。研究方向涉及生物制藥醫療、光電材料器件、能源環境海洋等多個交叉領域。已發表Acc. Chem. Res.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Chem. Eng. J.等學術論文90篇，被SCI引用六千多次，有18篇引用超過百次，單篇最高引用843次。申請或授權國內發明專利20項。受邀撰寫了激發態氫鍵研究的Accounts of Chemical Research評述論文，該論文被評為"中國百篇最具影響國際學術論文"。主編了一期激發態氫鍵研究主題的英國皇家化學會Physical Chemistry Chemical Physics主題專刊，并被編輯部選為"Editor’s Choice"。被John Wiley & Sons出版社邀請主編了一部激發態氫鍵研究領域的英文專著《Hydrogen Bonding and Transfer in the Excited State》。還被世界科學出版社邀請主編了英文專著《Hydrogen Bonding Research in Photochemistry, Photobiology, and Optoelectronic Materials》。研究工作獲得國家優秀青年科學基金、面上項目等近十多項基金項目資助。研究成果曾獲遼寧省科學技術一等獎、國家獎提名等。
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