基于超薄钙钛矿纳米片的物相及异质结调控学术资讯

来源：X一MOL资讯

超薄钙钛矿纳米片为开发材料新特性、构筑微纳器件提供了更多的可能。有没有一种方法能够获得不同类型的钙钛矿纳米片，并实现对钙钛矿纳米片的灵活设计与加工？近日，南京工业大学的王琳团队通用两步法制备出多种类型的超薄钙钛矿纳米片，并成功实现了钙钛矿纳米片的物相转变、图案化与多类型异质结。
近年来，杂化钙钛矿凭借优异的光电性能迅速崛起，在光伏、发光二极管、激光、传感和波导等领域表现出了极大的应用优势。其中，将钙钛矿材料减薄至原子级厚度所形成的超薄钙钛矿纳米片，能有效结合二维材料和杂化钙钛矿这两类新型功能材料的优势，既秉承了三维体材料高吸收与发光效率、带隙灵活可调、双极性传输等优点，又具有量子效应强、可界面调控、可微纳加工等特性，是不可多得的微纳光电器件的功能层材料。然而目前针对杂化钙钛矿纳米片的研究仍显不足，主要体现在以下三个方面：1）一种方法通常只适用于合成一种二维钙钛矿，为了合成不同类型的钙钛矿需要摸索不同的合成方法；2）很多方法是“一次型”合成，即生成的钙钛矿的种类从合成初始加入前驱体时就已决定，合成开始后很难再做更改；3）依赖衬底类型，尤其是对于气相沉积法制备二维钙钛矿。因此，开发一种简单普适、灵活性强的钙钛矿纳米片合成方法以及后加工工艺，挖掘钙其光电性质，对拓展新材料类型，发现新物理机制，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。
南京工业大学王琳教授团队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纳米片与气相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，他们利用二维材料作为掩模板，实现了钙钛矿纳米片的图案化处理，且成功制备出超薄碘化铅与钙钛矿纳米片的平面型异质结。通过构筑单层二硫化钼与钙钛矿纳米片的垂直型异质结，他们发现MoS2与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

这一成果近期发表在Advanced Materials 上，文章的第一作者是西北工业大学博士后孙研。

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