近年来，由于高效的光电转换效率，基于有机无机杂化钙钛矿材料(CH3NH3PbI3, MAPbI3)的太阳能电池得到了飞速发展。近十年来，其光电转换效率已从最初的3.8%迅速增长至目前的25.2%，几乎可以媲美单晶硅太阳能电池。然而该技术的商业化应用却受限于杂化钙钛矿材料的结构不稳定性，高温、氧气、潮湿环境、光照等加速材料分解进而引起器件性能衰减。因此，有必要深化对降解机理的认识，从而指导材料合成和器件设计。 北京大学高鹏课题组与合作者采用低电子束剂量率成像技术，系统研究了有机无机杂化钙钛矿在电子辐照下的结构不稳定性，揭示了有机无机杂化钙钛矿普适性的分解路径，并提出了抑制分解的策略。研究表明，无论是四方MAPbI3还是立方MAPbBr3，在电子束的辐照下都会产生有序的卤族离子空位，生成MAPbX2.5中间相，并进一步丢失甲胺根离子和剩余的卤族离子，最终造成钙钛矿结构的崩塌，生成卤族铅化物（PbX2）。值得注意的是，他们发现可以通过碳包覆技术稳定有机无机杂化钙钛矿的结构进而抑制其分解成卤族铅化物。这些发现不仅有助于理解有机无机杂化钙钛矿的分解机理，所提出的抑制分解策略也可以帮助解决有机无机杂化钙钛矿对电子束敏感的问题，促进原位透射电镜研究不同外场下杂化钙钛矿的分解机制，并进一步对设计稳定器件给予指导。相关论文在线发表在Advanced Materials上 (DOI: 10.1002/adma.202001107) 。

北京大学的高鹏教授等联合报道了他们利用像差校正透射电子显微镜（Cs-TEM）技术发现α-Al2O3表面与Gr中的一些碳原子具有很强的相互作用，形成C-O-Al构型，表明两者间的界面相互作用不是简单的范德华相互作用。此外，界面附近的α-Al2O3的结构弛豫被显着抑制，并且与裸露的蓝宝石表面的弛豫非常不同。但是在高温下，Gr生长期间形成了C-O-Al界面键。总之，该研究为理解Gr在α-Al2O3上的电子结构以及通过使用Gr/α-Al2O3基底远程控制薄膜的外延生长提供了新知识。研究成果以题为“Atomic mechanism of strong interactions at the graphene/sapphire interface”发布在国际著名期刊Nature Communications上。

北京大学高鹏研究员团队报道了直接观察单个铁弹畴的可逆转变，并研究了铁弹畴壁高移动性的原子尺度机理。 在这个工作中，他们结合原位电镜技术和图像的定量化分析，在没有位错的PbTiO3薄膜中直接观察到了单个90°畴的可逆转变过程。通过对比转变前后界面的原子结构，他们提出弱化的界面钳制效应是铁弹畴可以完全转变的主要原因。结果表明，铁弹畴在靠近界面处，极化会发生大角度（约45°）的旋转，同时四方性（c/a）也会受到抑制，减小为~1.017。这些界面处巨大的结构畸变弱化了界面钳制效应，使铁弹畴的完全转变成为可能。相场模拟结果也展示了铁弹畴在界面处的极化旋转和应力分布。进一步的研究表明，无论c畴的极化方向是远离界面还是指向界面，铁弹畴的都是可以转变的，而且反向的电场或者应力可以使转变的铁弹畴恢复。这项研究揭示了铁弹畴的完全可逆转变及转变的原子尺度机制，使其能够在设计新的驱动器、传感器和磁电器件等方面得到应用。相关成果以“Direct observation of weakened interface clamping effect enabled ferroelastic domain switching”发表于Acta Mater.期刊上。

高鹏ACS Nano：钠电负极---层状结构SbPO4/rGO复合材料

北京大学高鹏和课题组报道了一种单斜SbPO4，其作为钠电负极材料是有希望的。这个材料中，PO4和SbO4四面体在拐角处连接在一起，形成一个分层结构，这些层沿着a轴堆叠，层间距为5.087埃。为改善SbPO4的电化学性能，通过简单的方法将SbPO4棒沉积在还原氧化石墨烯rGO上(SbPO4/rGO)，各种原位表征手段揭示该复合材料在循环时的电化学反应和形态变化。原位TEM揭示了在首次放电时沿纳米棒横向优先扩展，这是由于SbPO4还原为Sb以及随后的Sb合金化所致。SbPO4/rGO在半电池和全电池中都展示了高容量、出色的循环性能和倍率性能。

Pan J,Chen S, Fu Q, et al. Layered-Structure SbPO4/Reduced Graphene Oxide:An Advanced Anode Material for Sodium Ion Batteries[J]. ACS Nano, 2018.

DOI:10.1021/acsnano.8b08065

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b08065

刘忠范、高鹏、李晋闽、魏宇杰合作J. Am. Chem. Soc.工作：石墨烯/蓝宝石基底上无应力AlN的快速生长

第三代半导体材料（AlN、GaN等）在发光二极管、激光二极管、紫外辐射源、高频功率电子学等领域具有广阔的应用前景。制备第三代半导体材料的常用方法是金属有机化学气相沉积（MOCVD）法，蓝宝石、硅、碳化硅等常被用作生长基底。但是，在材料外延过程中，基底与第三代半导体之间存在较大的晶格失配和热失配，这会导致材料中应力的积累以及缺陷密度的升高。除此之外，在材料岛状拼接生长过程中，在拼接界面处常常会出现大量的缺陷结构。上述两个过程所产生的缺陷结构会严重降低材料的质量，进而会影响器件的发光效率。

石墨烯具有诸多优异的物理化学性质，例如：超高的热导率、负膨胀系数及表面无悬挂键，等等。因此，石墨烯缓冲层在第三代半导体材料中的应用有望缓解器件的散热、热失配及晶格失配等问题，与此同时还可以降低材料的成核密度，减弱材料中的应力积累，进而降低缺陷密度，提高晶体质量。

近日，J. Am. Chem. Soc. 在线刊登了北京大学刘忠范教授课题组、高鹏研究员课题组与中国科学院半导体研究所李晋闽研究员课题组、中国科学院力学研究所魏宇杰研究员课题组合作发表的题为“Fast Growth of Strain-Free AlN on Graphene-Buffered Sapphire”的工作。该工作研究了AlN在石墨烯覆盖的蓝宝石上的生长行为，以及石墨烯对于AlN应力释放、缺陷密度降低的影响。研究表明：石墨烯缓冲层的引入可以显著降低AlN的成核密度，减小由于畴区拼接造成的缺陷结构密度。与此同时，石墨烯的插入还可以有效地释放AlN与蓝宝石之间由于晶格失配和热失配造成的应力。

该工作清晰地研究了石墨烯在第三代半导体材料生长中的作用，揭示了AlN在石墨烯覆盖的蓝宝石上的生长行为，以及石墨烯对于AlN应力释放、缺陷密度降低的影响，为石墨烯的应用开辟了新的领域，也为提升第三代半导体材料质量提供了新的途径。

原文链接：Fast Growth of Strain-Free AlN on Graphene-Buffered Sapphire， （J. Am. Chem. Soc., 2018, 140 (38), pp 11935–11941, DOI: 10.1021/jacs.8b03871 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b03871）