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[材料资讯] 罗军华课题组《德国应用化学》:光铁电半导体材料研究取得系列进展

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发表于 2020-4-24 15:55:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
无机有机杂化铅卤素钙钛矿铁电材料具有优异的铁电性能和半导体性能,近年来已经成为光电功能材料的前沿研究方向。然而该类材料中铅毒性一直是困扰其进一步发展的一个问题。在铅卤素钙钛矿材料中,利用三价金属(In3+、Bi3+、Sb3+)和一价金属(Cu+、K+、Na+、Li+、Ag+)取代有毒元素Pb2+,构筑金属卤素双钙钛矿杂化材料,是一个设计合成非铅无机有机杂化钙钛矿材料的有效手段和策略。同时,这类材料还具有长的载流子寿命、高的缺陷容忍度、低的激子结合能等特点,有望促进高性能绿色光电材料的进一步发展。

光铁电半导体

光铁电半导体
  中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室“无机光电功能晶体材料”研究员罗军华团队在国家自然科学基金重点项目、国家杰出青年基金、中科院基础前沿0-1原始创新项目及中科院战略性先导专项等资助下,基于三维钙钛矿材料CsPbBr3,首次制备出二维双层非铅双金属卤素无机有机杂化“光铁电半导体”(n-propylammonium)2CsAgBiBr7。研究表明,金属卤素八面体扭曲和有机阳离子的有序化协同诱导了化合物的铁电自发极化;与此同时,该材料对本征吸收区的光辐射展现了良好的光电探测性能,表现出大的光电探测开/关比(104),快速的响应时间(141 μs)和高的探测率(5.3 × 1011 Jones)。该工作为设计非铅“光铁电半导体”材料提供了一种全新的策略。相关研究成果以通讯形式发表《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI:10.1002/anie.201916254)上。
  铁电材料是一类具有自发极化并且自发极化能在外电场作用下翻转的功能材料,其研究涉及相变、对称性破缺、极性、自发极化,并由此具有非线性倍频、压电、热释电、铁电、挠曲电、电光效应和高介电常数等性能,在存储、超声、光电子技术方面具有重要的应用。此前,团队从研究分子运动引起物质结构相变开始(Adv. Fuct. Mater., 2012, 22, 4855),进一步利用固体对称性破缺结构相变诱导产生极化效应的设计策略构筑了一系列极性光电晶体材料(Angew. Chem., Int. Ed., 2012, 51, 3871; Angew. Chem., Int. Ed, 2018, 57, 9833; J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 15560; J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 15900; Adv. Mater., 2013, 25, 4159; Adv. Mater., 2015, 27, 4795; Chem. Mater., 2015, 27, 4493; Chem. Mater., 2017, 29, 3251);同时由于无机有机杂化金属卤素钙钛矿材料具有高吸光和优良的载流子传输等半导体性能,团队从深入研究无机有机杂化半导体的光电性能入手(Angew. Chem., Int. Ed, 2019, 58, 15757; Angew. Chem., Int. Ed, 2020, 59, 3429; J. Am. Chem. Soc, 2019, 141, 12197; Small, 2019, 15, 1901194; Small, 2020, 16, 1907020; Chem. Mater, 2018, 30, 408; Chem. Mater, 2019, 31, 5927; Laser Photonics Rev, 2018, 12, 1800060; Chem. Soc. Rev, 2019, 48, 517),进一步在无机有机杂化半导体里引入铁电性,利用半导体对光场的响应结合铁电极化产生的体光伏效应创新性地提出和开展“无机有机杂化光铁电半导体”的研究,在无机有机杂化“光铁电半导体”材料的结构设计、晶体生长、光电器件组装、光电性能调控等方面开展系统深入的研究并取得系列创新性研究进展,实现铁电光伏效应,多轴铁电光伏,并进一步利用铁电光伏效应实现自驱动光电探测和大偏振比偏振光电探测(Angew. Chem., Int. Ed., 2016, 55, 6545;Angew. Chem., Int. Ed., 2016, 55, 11845;Angew. Chem., Int. Ed., 2017, 56, 12150;Angew. Chem. Int. Ed, 2018, 57, 8140;Angew. Chem., Int. Ed, 2018, 57, 16764; Angew. Chem. Int. Ed, 2019, 58, 14504; Angew. Chem. Int. Ed, 2020, 59, 3933; J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 6806;J. Am. Chem. Soc, 2019, 141, 2623; J. Am. Chem. Soc, 2019, 141, 3812; J. Am. Chem. Soc, 2019, 141, 7693; J. Am. Chem. Soc, 2019, 141, 12470; J. Am. Chem. Soc, 2020, 142, 55; J. Am. Chem. Soc, 2020, 142, 1159; Adv. Func. Mater, 2018, 28, 1705467; Adv. Funct. Mater, 2019, 1805038; Adv. Funct. Mater, 2020, 1905029)。
        文章来源:福建物构所
        罗军华,中科院福建物质结构研究所研究员,博士生导师,国家杰出青年基金获得者。1992年本科毕业于江西师范大学化学系;2003年获中科院物构所博士学位,师从洪茂椿院士;2003-2005年先后在美国北卡州立大学和佛罗里达大学从事博士后研究;2006-2009年获美国洛斯阿拉莫斯国家实验室 (Los Alamos National Laboratory) Fellowship资助在中子衍射中心从事研究。分别在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Funct.Mater., PNAS, Nat.Commun., Chem. Sci.等国际知名期刊上发表SCI论文150多篇,多次受邀为美国化学会(JACS, CG&R和IC), 英国皇家化学会(CC, Dalton, JMC和CrystEngComm)和Wiley-VCH InterScience (Adv. Mater., EurJIC和Chemistry - An Asian Journal)审理稿件;多次受邀在国际学术会议如国际配位化学会议、美国化学学会和材料学会年会上报告相关工作。2009年以高层次人才引进到中科院福建物构所工作,2010年获中科院引进国外杰出专业人才择优支持(中科院“百人计划”);2012年获首届国家自然科学优秀青年基金;2014年中科院百人计划终期评估为优秀;2015年获国家杰出青年基金;同年入选福建省引进高层次创业创新人才计划(省“百人计划”);2016年入选科技部创新人才推进计划中青年科技创新领军人才。先后荣获第二十二届运盛青年科技奖,第十三届福建青年科技奖和第二届福州青年科技奖;2015年受聘为上海科技大学特聘教授;先后受聘担任美国《Crystal Growth & Design》杂志Topic Editor和中国化学快报副主编。主要从事无机/有机杂化半导体光电功能晶体材料,分子基铁电和相变晶体材料以及非线性光学晶体材料的研究,发展了系列无层状习性的硼酸盐和磷酸盐无铍深紫外非线性光学晶体材料,创新性地设计合成了基于固体对称性破缺构筑的具有非心结构的非线性倍频开关、铁电和铁电半导体等光电功能晶体材料。

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