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本文要点
本文研究了通过结构异构体衍生的氢键相互作用在二维手性钙钛矿中的手性传递机制。通过改变有机分子结构位置，研究了氢键相互作用在手性传递中的作用。研究表明，结构异构体通过改变氢键强度，影响了无机层的晶格扭曲，从而显著影响手性传递效应以及与自旋相关的光学和电子性质。
研究背景
手性钙钛矿的手性诱导主要是由于有机分子和无机框架之间的相互作用产生对称性破坏。然而，手性传递的具体机制并没有被完全理解。以往研究表明，无机框架的晶格畸变和无机层的自旋相关特性与有机分子手性的传递有一定关联，但缺乏系统的实验验证。
研究内容
通过使用具有不同官能团位置的结构异构体作为有机间隔分子，研究了它们如何影响钙钛矿无机层的晶格结构和手性传递效应。研究中采用了两种萘乙胺（NEA）结构异构体：1-(1-萘基)乙胺（1NEA）和1-(2-萘基)乙胺（2NEA）。这两种分子都具备相同的分子式，但由于官能团位置的不同，导致它们与钙钛矿无机框架之间的氢键强度存在差异。研究还采用了Ruddlesden-Popper (RP) 有机-无机杂化钙钛矿（化学式为A'2BX4），其中A'是手性有机大分子间隔物，BX6是金属卤化物无机框架。通过将具有手性的有机间隔物A'引入，形成了具有手性结构的RP钙钛矿。由于1NEA和2NEA之间的分子结构差异，这两种异构体在钙钛矿材料中会产生不同的氢键强度，从而导致无机层的晶格扭曲程度不同，进一步影响手性传递效率。
研究之后通过X射线单晶衍射（SC-XRD）研究了两种不同异构体（1NEA和2NEA）钙钛矿体系的晶格结构，确认了氢键长度和强度的差异对晶格畸变的影响。1NEA和2NEA分别在氢键的长短和渗透深度上有所不同，导致无机框架中的NH3+基团与无机层之间的氢键作用力不同。2NEA与钙钛矿无机层之间的氢键较1NEA更强，导致2NEA体系中的无机框架发生更大范围的不对称晶格扭曲。这种增强的扭曲不仅导致手性传递更加明显，还改变了钙钛矿的电子结构，从而增强了其自旋相关的光学性质。
之后通过CD光谱测量，研究了1NEA和2NEA钙钛矿在手性传递效率上的差异。实验结果显示，2NEA体系的手性传递效果比1NEA更强，反映在CD光谱中，2NEA体系的手性光吸收和自旋极化程度明显高于1NEA体系。为了进一步研究两种异构体对钙钛矿手性和光学性质的影响，进行了吸收光谱和PL测量。2NEA体系在吸收光谱中表现出更强的蓝移，表明其无机层的晶格畸变更加显著。通过热重分析（TG）和差示扫描量热法（DSC），研究了不同异构体的热稳定性和氢键强度。结果表明，2NEA体系由于氢键更强，表现出更高的熔点和分解温度，这意味着其结构更加稳定。
最后研究提出了一种四步手性传递机制模型
最后提出了一种四步手性传递机制模型。异构体结构上的微小差异（官能团位置不同）导致氢键作用的增强或减弱。氢键作用的增强导致无机层的晶格畸变更加明显，进一步影响手性传递。无机框架中的晶格畸变使手性从有机分子传递到无机框架，从而产生显著的手性光学效应。晶格畸变还增强了钙钛矿材料的自旋极化光吸收和发光效应，特别是在第一激子带边缘附近。
总结与展望
文献详情
Jaehyun Son, Sunihl Ma, Young-Kwang Jung, Jeiwan Tan, Gyumin Jang, Hyungsoo Lee, Chan Uk Lee, Junwoo Lee, Subin Moon, Wooyong Jeong, Aron Walsh & Jooho Moon
Nature Communications volume 14, Article number: 3124 (2023）
