黄维、南京工大王琳Adv.Mater:超薄杂化钙钛矿纳米片的相和异质结构工程

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2004年以来，以石墨烯、过渡金属硫化物为代表的二维原子晶体材料凭借其独特的光电特性引起了极大的关注。二维原子晶体材料是指厚度在原子层级别的晶体材料，具有超薄、柔性、高强度、易裁剪、能带可调、量子效应强等特点。因为纵向维度的极端限制，长程有序的晶体结构被破坏，二维材料表现出了很多与三维体材相异的特性，在新材料、新能源、新器件等方面受到广泛关注与研究。同时，钙钛矿类材料也是当今学术界和工业界的明星材料，从无机的铁电压电、高温超导、巨磁阻效应和固态离子电解质，到近年来炙手可热的有机无机杂化太阳能电池，钙钛矿都无所不在。由于杂化钙钛矿的组成及结构的灵活性和多变性，该类材料可以由多种不同类型的有机或无机离子组成，展现出许多优异的物理、化学性质和独特的功能特性，在能源、显示、信息、材料、催化、存储、传感等多个领域都大放异彩。

       二维钙钛矿原子晶体材料即将钙钛矿材料减薄至原子级厚度，能将二维材料和钙钛矿晶体这两类新型功能材料的优势有效结合，既具有极小厚度的几何属性，又有超强量子效应，还保持优越的光电性能，展示新奇物理特性。因此，钙钛矿材料在二维尺度上的拓展，揭示关键材料的化学组成、晶体结构、纳米尺度与材料能级、光学性质、界面特性的关系，有利于开发新的材料领域和晶体类型，发现新的物理特性和器件机理，对制备功能化微纳器件都具有着重要的科学意义和应用价值。
       西北工大黄维院士&南京工大王琳团队和合作者以超薄碘化铅纳米片为模板，采用两步法制备了多种杂化钙钛矿纳米片。该方法产量高，且不依赖于衬底类型，合成出的钙钛矿纳米片具有质量好、组分可调、规则形状等特点。通过控制有机阳离子的插入与脱离，在单一纳米片上可以实现碘化铅与不同钙钛矿之间的可逆转换。例如，PbI2纳米片与气相的MAI反应生成MAPbI3纳米片，该MAPbI3纳米片经过退火处理，可退变为PbI2纳米片，回收来的PbI2纳米片可以被重新利用，生长钙钛矿纳米片。此外，也可以通过有机阳离子替换，实现不同类型钙钛矿纳米片之间的种类切换。例如，通过控制反应条件，MAPbI3纳米片与气象FAI反应可以直接生成FAPbI3纳米片。基于两步法生长的钙钛矿纳米片，利用二维材料作为掩模板，可以对钙钛矿进行图案化处理，同时获得超薄碘化铅与钙钛矿纳米片的平面型异质结。结合钙钛矿纳米片与其他二维材料构筑垂直型异质结，能对材料的光电性质起到调制作用。例如，MoS2/MAPbI3之间形成的II型能带排列引起了MAPbI3纳米片的发光淬灭与寿命缩短。多种类杂化钙钛矿纳米片及其异质结的灵活设计与制备，有望促进二维材料新奇物理现象的发现，拓展钙钛矿材料在微纳光电器件领域的应用。
       杂化钙钛矿纳米片的灵活设计与制备，及其与多种二维材料的结合，为在二维材料家族中发现新的物理性能和功能化应用提供了更多的可能性，同时也拓展了钙钛矿材料在可调谐微纳光电器件领域中的应用。相关论文在线发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.202002392)上。


       文章来源：materialsviewschina
       黄维，男，汉族，1963年5月生于河北，1983年8月参加工作，北京大学毕业，研究生学历。1992年1月获理学博士学位，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，中国科学院院士，有机光电子学家，俄罗斯科学院外籍院士。现任西北工业大学常务副校长、党委委员、党委常委。
       王琳,南京工业大学教授。2009年本科毕业于武汉大学国家级物理基地班；2013年博士毕业于香港科技大学物理专业；2014年-2017年，在瑞士日内瓦大学量子物理与物理学院担任博士后工作。2017年5月入职南京工业大学先进材料研究院，主要从事于新型二维纳米材料的电子输运和光电性质方面的研究。近5年（2013年-至今），申请人以第一/通讯作者身份发表期刊论文篇8篇（包括Nature Communications、Physical Review Letters等），参与期刊论文30余篇。论文在SCI被他引600余次，其中单篇最高他引130余次, H-index 14。以邀请报告、口头报告等身份参与了物理与材料领域学术会议20余次，2013年获得第三十届欧洲材料学会青年科学家奖和第八届青少年科技创新奖。