二維有機-無機鉛鹵素鈣鈦礦因其卓越的光電性能，在太陽能轉(zhuǎn)換、發(fā)光顯示和光電探測等領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。然而，在傳統(tǒng)<100>結(jié)構(gòu)二維鈣鈦礦中，較大的層間距限制了載流子的縱向輸運。相比之下，<110>結(jié)構(gòu)二維鈣鈦礦因其緊湊的層間距而展現(xiàn)出良好的載流子輸運性能。然而，其固有的結(jié)構(gòu)特征（如八面體傾斜）導(dǎo)致了強電子-聲子耦合，進而產(chǎn)生自陷激子（STEs），不利于載流子輸運。 近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所金盛燁研究員、田文明研究員團隊通過壓力調(diào)控<110>型二維鈣鈦礦(API)PbBr4晶體結(jié)構(gòu)，成功抑制了(API)PbBr4中自由激子（FEs）向STEs的轉(zhuǎn)變，并實現(xiàn)了高達93.6 cm2V-1s-1的激子遷移率。這一超快激子輸運特性顯著提高了二維鈣鈦礦(API)PbBr4的紫外光響應(yīng)，突顯了其在高效光電器件中的潛在應(yīng)用前景。
首先，團隊通過原位XRD表征手段研究了不同壓力下(API)PbBr4晶體的結(jié)構(gòu)變化，結(jié)果表明(API)PbBr4在2.7 Gpa壓力下發(fā)生等結(jié)構(gòu)相變。2.7 GPa之前，壓縮主要影響[PbBr6]4-八面體相對空間排列，晶體表現(xiàn)出各向異性縮性。2.7 GPa之后，壓縮主要影響[PbBr6]4-八面體的結(jié)構(gòu)，增加八面體畸變程度，晶體表現(xiàn)出各向同性壓縮。 此外，團隊通過利用自主搭建的時間分辨熒光掃描成像系統(tǒng)，系統(tǒng)地研究了二維鈣鈦礦(API)PbBr4單晶在不同壓力下的光致發(fā)光以及載流子輸運性能。結(jié)果表明，隨著壓力增加， (API)PbBr4的STEs發(fā)光不斷減弱，同時FEs發(fā)光先增強后減弱，說明壓力可有效抑制(API)PbBr4中FEs到STEs的轉(zhuǎn)變。熒光成像結(jié)果表明(API)PbBr4中FEs的遷移率隨著壓力增加而增加，當壓力為2.7 GPa時達到最大值93.6 cm2V-1s-1，可與三維鈣鈦礦中的載流子遷移率相媲美。同時，由于(API)PbBr4中無機層的波紋結(jié)構(gòu)，(API)PbBr4在無機平面內(nèi)表現(xiàn)出各向異性的激子遷移。當壓力達到2.7 GPa時，最大和最小方向上的激子遷移率分別為93.6 cm2V-1s-1和18.8 cm2V-1s-1，各向異性之比為4.97。 基于高壓下超快激子輸運性能，團隊測試了不同壓力下(API)PbBr4晶體在375 nm紫外光下的光電流。結(jié)果表明，相比于常壓，2.7 GPa時，(API)PbBr4對375 nm紫外光的響應(yīng)度提高了約5000倍，展示了其作為紫外光電探測器的巨大應(yīng)用潛力。 論文信息 Enhanced UV Light Responsivity in <110>-Oriented 2D Perovskites Realized by Pressure-Induced Ultrafast Exciton Transport Dr. Yanfeng Yin, Xianchang Yan, Dr. Hui Luo, Dr. Yongfu Liang, Peng Xu, Yiming Wang, Prof.?Dr. Shengye Jin, Prof.?Dr. Wenming Tian Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202418587
