Small Structures:通向环境友好型无铅低维钙钛矿

卤化铅钙钛矿由于其丰富的调谐性以及优异的光电性能,被认为是下一代光电材料的有力竞争者。然而,源于结构和元素组分所固有的不稳定性和毒性阻碍了其大规模商业化应用。为了解决相关的难点,越来越多的环境友好型以及稳定性更高的无铅低维钙钛矿(LFLDPs)已经被建议并应用于相关领域。LFLDPs的独特结构维度-性能特征赋予了其光电效率和功能性的多样化组合,这使得它们在光电子器件中得到了极大的关注。例如,低维钙钛矿结构(LDPs)的高激子结合能诱导的辐射复合,产生理想的光致发光量子产率(PLQY),这推动了低维钙钛矿高性能磷光体系和LED的发展。

鉴于此,东南大学物理学院王金兰巨明刚团队从理论计算的角度系统综述了各种无铅低维钙钛矿材料的最新进展,详细梳理了LFLDPs的一般类型,总结了迄今为止在LFLDPs开发中使用过的各种金属离子,从八面体组成的拓扑结构以及元素组分的角度讨论了无铅低维钙钛矿结构维度-性能之间的关系和一般性趋势。

作者们首先扼要地介绍了LFLDP的各种基本结构,然后对已经在实验和理论上合成或探索的多种B位金属离子进行了分类和总结。接下来,作者们对各种具有不同维度和八面体连接模式的LFLDPs基本电子结构性质进行了理论性的探究。论文进一步介绍了LFLDPs的电子特性的变化趋势,包括从2D到1D到0D以及由角共享到边共享到面共享的八面体连接方式,以及它们如何影响这类材料的本征特性和功能应用。这些一般性趋势有助于理解LFLDPs的共性特点。同时,作者们也概述了相关LFLDPs最近在光电应用方面的实验和理论进展。此外,本文还讨论了不同维度LFLDPs的激子特性和发光物理机制。最后,作者们展望了LFLDPs材料进一步发展面临的挑战和未来的机遇。

【图1】三维钙钛矿晶胞(a)和结构(b)。(c) 三维铅基钙钛矿的一般特征。(d)2D、1D和0D钙钛矿的晶体结构。(红色的球代表笼阳离子,浅蓝色球代表金属,深蓝色的球代表卤素)

论文信息:

Toward Eco-Friendly Lead-Free Low-Dimensional Perovskites

Xinying Gao, Jiawei Luo, Yilei Wu, Aini Lu, Ming-Gang Ju*, Jinlan Wang*

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202100219

原文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/sstr.202100219