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吉林大學張皓教授團隊 Chem. Mater.：以非晶低聚物為A位的“液態”鉛鹵鈣鈦礦

2022-10-06 來源：高分子科技

鉛鹵鈣鈦礦因其優異的光電性能而成為了一種“明星”半導體材料。目前，鉛鹵鈣鈦礦已經由經典的ABX₃結構發展為以鉛鹵八面體為構筑基元的龐大材料家族。目前，無論是體相單晶、微晶還是納米晶，鉛鹵鈣鈦礦幾乎總以晶態固體存在，其晶體以外的形式仍鮮有報道。

近日，吉林大學張皓團隊利用常見的低聚物Jeffamine^®二銨作為A位間隔物種（spacer），合成了一種液態的鉛鹵鈣鈦礦。與雜化鈣鈦礦中常見的有機物種不同，此類低聚物自身無法結晶，其在室溫下呈液態，在低溫下轉變為玻璃態。因此在被引入鈣鈦礦后，位于鉛鹵架構間的低聚物分子無法像傳統有機物種那樣以晶態排列，而呈現類似于液態的非晶排列形式（圖1）。鈣鈦礦材料也由此整體表現出類似液態聚合物的性質，包括剪切稀化的流變學行為，在低溫下發生玻璃化轉變等。產物在微米級別表現為均勻的液體形貌，在納米級則表現為具有柔性的超薄疊層狀（lamellar）形貌（圖2a, b）。作者將這種形貌歸因于低聚物二銨作為間隔物種的插層作用（圖2c）。

圖1：具有液態聚合物特點的非晶態雜化鉛鹵鈣鈦礦

由于低聚物二銨對鉛鹵八面體架構的間隔作用，產物呈現出低維鉛鹵鈣鈦礦的光學性質，并具有低維鈣鈦礦中常見的自陷激子(self-trapped exciton)發射特征。此外，產物還具有鹵素依賴的吸收和發射，以及與Mn(II)摻雜相關的毫秒級特征發射，這些都屬于鉛鹵鈣鈦礦的典型光學性質。有趣的是，當此類非晶低聚物被引入經典鈣鈦礦體系時，產物同樣可以獲得液態聚合物性質。類似于準二維（quasi-2D）鈣鈦礦的設計，將Jeffamine^®二銨引入經典CsPbBr₃鈣鈦礦后，所得產物在保持CsPbBr₃典型光學性質的同時轉變為了類似液態聚合物的狀態（圖2d）。該工作所報道的發現將為設計新穎的液態基鈣鈦礦軟電子器件，開發新的鈣鈦礦材料加工方法，以及研究鈣鈦礦材料在非晶狀態下的新奇性質提供物質基礎。

圖2：A位低聚物的非晶態分子堆積帶來了液體性質

該工作以“Noncrystalline Hybrid Lead Halides with Liquid-Polymer Characteristics”為題發表在Chemistry of Materials上。文章第一作者是吉林大學博士研究生高杭，通訊作者為張皓教授、姚棟副教授。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.2c02187

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（責任編輯：xu）

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