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低维度溴化锡钙钛矿的光致结构转化

2017.7.21

　　有机-无机杂化钙钛矿材料的研究对光电材料的发展有着重要意义。理论上，通过改变材料的组成与结构，三维、二维、一维乃至零维的金属卤化物钙钛矿材料均可组装。具体来说，金属卤化物八面体通过共点连接得到结构式为ABX3的三维结构（如CH3NH3PbBr3），通过有机分子层的包夹得到层状或波纹状二维材料（如EDBEPbX4，EDBE= 2,2'-(ethylenedioxy)bis(ethylammonium)），通过共点、共边或共面的连接得到一维结构（如C4N2H14PbBr4），以及被有机配体分子完全分离可得到零维结构（如(C4N2H14Br)4SnBr6）。钙钛矿晶体中的有机基团对金属卤化物八面体具有量子束缚作用，通过结构的调控可以加强这一作用，从而得到二维、一维和零维的量子材料。值得指出的是，这里定义的低维度钙钛矿材料指的是分子层面的低维度，与传统意义上基于三维钙钛矿材料的形貌低维度材料，比如纳米线、纳米面和量子点完全不同。目前，三维和二维钙钛矿材料已得到广泛深入的研究，但对于更低维度钙钛矿材料的探索仍然不多。

　　近日，佛罗里达州立大学Biwu Ma教授课题组报道了一种新型一维钙钛矿材料C4N2H14PbBr4和零维钙钛矿材料(C4N2H14Br)4SnBr6的合成、表征及相关性质。这些低维的量子材料表现出极为出色的光学性质。由于自陷激子能级存在，该材料的斯托克斯位移很大、发射光谱较宽，与传统三维、二维材料的短斯托克斯位移窄发射峰截然不同。不过，尽管一维、零维钙钛矿材料相继得以制备与表征，但这类低维钙钛矿晶体的合成规则仍然处于探索阶段。

　　该课题组在Angew. Chem. Int. Ed. 上报道了低维溴化锡钙钛矿材料的可控合成及光致结构变化。通过控制钙钛矿晶体的生长条件，他们使用相同的有机基团得到一维及零维溴化锡钙钛矿。更有趣的是，他们观测到由一维向零维的光致结构变化，并通过实验与计算结果相结合来表征。无独有偶，用于制备光伏电池的三维钙钛矿材料CH3NH3PbI3也曾报道在潮湿环境中会降解成零维的(CH3NH3)4PbI6•2H2O。结合该工作，他们可以推断金属-卤素键在光激发下可发生键的断裂和结构变化，零维结构中单个金属卤素八面体具有更高的热力学稳定性。这一发现不仅拓展了有机-无机杂化材料结构组装的可控性，更帮助人们对钙钛矿材料的光稳定性得到更深入的理解。该论文的第一作者是佛罗里达州立大学的博士研究生Chenkun Zhou。

光电材料钛矿材料低维溴化锡

材料化学

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低维度溴化锡钙钛矿的光致结构转化

周锦帆