新型二维层状碘化铅钙钛矿铁电体

基于碘化铅的钙钛矿由于其优秀的光吸收能力和电子传导能力受到了人们的广泛关注。虽然很多人认为铁电光伏(FEPV)效应在其高能量转换效率中发挥重要作用,但目前的“明星材料”甲胺碘化铅的铁电性仍然存在争议,而寻找具有明确铁电性的碘化铅钙钛矿材料仍被传统方法的“大海捞针”所局限。

为避免传统寻找钙钛矿铁电体方法的盲目性和随机性,将分子铁电材料的研究进一步向理性合成的目标推进,近日,东南大学国际分子铁电科学与应用研究院暨江苏省“分子铁电科学与应用”重点实验室的研究团队提出了“氟代改性”这一分子铁电体的理性设计策略。通常,适当地用氟取代有机部分的氢原子可以在结构保持基本不变的前提下,降低晶体的对称性或调节材料的相变温度。作为同位素效应的补充,氟/氢取代设计分子铁电体被称为“托氟效应”,在双托氟效应的作用下,甚至可以将非铁电体调控为铁电体。最近,该团队的游雨蒙教授课题组利用氟改性的设计策略,通过改进非铁电的碘化铅钙钛矿,获得了一种新型的二维氟代层状杂化钙钛矿材料(4,4-difluorocyclohexylammonium)2PbI4,并且证实了它的铁电性。同时,它较强的光吸收和2.38 eV的直接带隙也保证了极化诱导的FEPV。更重要的是,其二维结构也有望提高钙钛矿光伏材料的稳定性,为解决钙钛矿光伏材料的寿命问题提供了新的思路。这种新型钙钛矿铁电体不仅是一种具有太阳能光伏应用前景的新材料,而且为研究卤化铅钙钛矿太阳能电池和其他光电子应用中铁电性和FEPV提供了一个理想的研究平台。

该研究成果以“Fluorinated 2D lead iodide perovskite ferroelectrics(氟代二维碘化铅钙钛矿铁电体)”为题,在线发表于Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201901843)。该工作以东南大学化学化工学院本科生沙泰廷、熊昱安为共同第一作者,唯一通讯作者为东南大学游雨蒙教授。