超薄雜化鈣鈦礦納米片的相和異質(zhì)結(jié)構(gòu)工程
發(fā)布時(shí)間：2020-08-28 作者：harry 分享到：
2004年以來(lái)，以石墨烯、過(guò)渡金屬硫化物為代表的二維原子晶體材料憑借其獨(dú)特的光電特性引起了關(guān)注。二維原子晶體材料是指厚度在原子層級(jí)別的晶體材料，具有超薄、柔性、高強(qiáng)度、易裁剪、能帶可調(diào)、量子效應(yīng)強(qiáng)等特點(diǎn)。因?yàn)榭v向維度的極端限制，長(zhǎng)程有序的晶體結(jié)構(gòu)被破壞，二維材料表現(xiàn)出了很多與三維體材相異的特性，在新材料、新能源、新器件等方面受到廣泛關(guān)注與研究。同時(shí)，鈣鈦礦類(lèi)材料也是當(dāng)今學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的明星材料，從無(wú)機(jī)的鐵電壓電、高溫超導(dǎo)、巨磁阻效應(yīng)和固態(tài)離子電解質(zhì)，到近年來(lái)炙手可熱的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池，鈣鈦礦都無(wú)所不在。由于雜化鈣鈦礦的組成及結(jié)構(gòu)的靈活性和多變性，該類(lèi)材料可以由多種不同類(lèi)型的有機(jī)或無(wú)機(jī)離子組成，展現(xiàn)出許多**的物理、化學(xué)性質(zhì)和獨(dú)特的功能特性，在能源、顯示、信息、材料、催化、存儲(chǔ)、傳感等多個(gè)領(lǐng)域都大放異彩。
二維鈣鈦礦原子晶體材料即將鈣鈦礦材料減薄至原子級(jí)厚度，能將二維材料和鈣鈦礦晶體這兩類(lèi)新型功能材料的優(yōu)勢(shì)**結(jié)合，既具有小厚度的幾何屬性，又有超強(qiáng)量子效應(yīng)，還保持優(yōu)越的光電性能，展示新奇物理特性。因此，鈣鈦礦材料在二維尺度上的拓展，揭示關(guān)鍵材料的化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)、納米尺度與材料能級(jí)、光學(xué)性質(zhì)、界面特性的關(guān)系，有利于開(kāi)發(fā)新的材料領(lǐng)域和晶體類(lèi)型，發(fā)現(xiàn)新的物理特性和器件機(jī)理，對(duì)制備功能化微納器件都具有著重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
西北工大黃維院士&南京工大王琳團(tuán)隊(duì)和合作者以超薄碘化鉛納米片為模板，采用兩步法制備了多種雜化鈣鈦礦納米片。該方法產(chǎn)量高，且不依賴于襯底類(lèi)型，合成出的鈣鈦礦納米片具有質(zhì)量好、組分可調(diào)、規(guī)則形狀等特點(diǎn)。通過(guò)控制有機(jī)陽(yáng)離子的插入與脫離，在單一納米片上可以實(shí)現(xiàn)碘化鉛與不同鈣鈦礦之間的可逆轉(zhuǎn)換。例如，PbI2納米片與氣相的MAI反應(yīng)生成MAPbI3納米片，該MAPbI3納米片經(jīng)過(guò)退火處理，可退變?yōu)?/span>PbI2納米片，回收來(lái)的PbI2納米片可以被重新利用，生長(zhǎng)鈣鈦礦納米片。此外，也可以通過(guò)有機(jī)陽(yáng)離子替換，實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型鈣鈦礦納米片之間的種類(lèi)切換。例如，通過(guò)控制反應(yīng)條件，MAPbI3納米片與氣象FAI反應(yīng)可以直接生成FAPbI3納米片。基于兩步法生長(zhǎng)的鈣鈦礦納米片，利用二維材料作為掩模板，可以對(duì)鈣鈦礦進(jìn)行圖案化處理，同時(shí)獲得超薄碘化鉛與鈣鈦礦納米片的平面型異質(zhì)結(jié)。結(jié)合鈣鈦礦納米片與其他二維材料構(gòu)筑垂直型異質(zhì)結(jié)，能對(duì)材料的光電性質(zhì)起到調(diào)制作用。例如，MoS2/MAPbI3之間形成的II型能帶排列引起了MAPbI3納米片的發(fā)光淬滅與壽命縮短。多種類(lèi)雜化鈣鈦礦納米片及其異質(zhì)結(jié)的靈活設(shè)計(jì)與制備，有望促進(jìn)二維材料新奇物理現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，拓展鈣鈦礦材料在微納光電器件領(lǐng)域的應(yīng)用。雜化鈣鈦礦納米片的靈活設(shè)計(jì)與制備，及其與多種二維材料的結(jié)合，為在二維材料家族中發(fā)現(xiàn)新的物理性能和功能化應(yīng)用提供了更多的可能性，同時(shí)也拓展了鈣鈦礦材料在可調(diào)諧微納光電器件領(lǐng)域中的應(yīng)用。相關(guān)論文在線發(fā)表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.202002392)上。
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