一维钙钛矿的可控合成和异质调控、新兴性能与应用
文摘
科学
2024-11-14 18:26
湖南
文章题目: Controllable synthesis and heterogeneous
tailoring of 1D perovskites, emerging properties and applications
出版信息：Adv. Powder Mater. 4(2025) 100250.
第一作者：杨恩
通信作者：马伟
一维钙钛矿因其独特的光电性质而成为当前研究的热点。近年来，合成技术的显著进步极大地激发了科研界对一维各向异性钙钛矿材料的研究兴趣。本文综合概述了旨在提升其多种应用性能的合成机制与策略，特别突出了两种核心合成方法：传统的选择性配体湿化学合成法，以及无需配体的底物辅助合成法。可控合成对于制造异质结构、进而调控界面强度至关重要。此外，本文还深入探讨了为实现高性能应用所必需的技术改进，以及异质效应在增强器件性能，如光电探测器、太阳能电池、发光二极管和光催化等方面的作用。战略性地构建异质结构为这些材料的生产与应用开辟了广阔的前景。
近年来，越来越多的研究人员致力于探索钙钛矿的合成方法及其参数调整，旨在提升钙钛矿的光电性能和稳定性，或者说，赋予这些材料特定的性能和功能。在合成过程中采用的每种方法都伴随着与环境适应性紧密相关的固有优势和局限。此外，合成时元素与配体基团的选择对于确保异质界面在合成结构中的稳固性至关重要。本文全面综述了钙钛矿的可控合成技术、性能增强策略以及新兴应用领域，核心讨论包括钙钛矿异质结构的复杂性、异质界面强度的评估，以及器件异质结构的创新发展，这些努力共同旨在拓宽钙钛矿的性能范畴和应用领域。
（1）本文系统总结了一维钙钛矿的几种主要制备方法，具体包括：湿化学合成法，该法通过精确调控配体、介质、前体及温度等参数来控制产物的形貌；基底辅助合成法，此方法利用基底特性来引导材料的形貌生成，涵盖了溶解重结晶法、气相沉积法以及异质空间限制法等多种技术；以及3D打印合成方法，作为一种新兴的制备手段也被纳入讨论。（2）本文综合概述了针对钙钛矿材料在多个关键特性上的改进，包括其稳定性、光学性质的优化，以及单晶制作和异质结构构建方面的进展。进一步地，文章探讨了这些改进如何有效提升了钙钛矿在光电探测器、太阳能电池、发光二极管和光催化等应用领域中的性能表现。（3）本文系统总结了钙钛矿异质构建从分子尺度至器件构造尺度的全方位作用，详细阐述了从合成策略到性能提升，再到最终应用表现优化的完整路径。在此基础上，文章进一步展望了新兴异质构建技术对钙钛矿性能潜力的未来提升，揭示了其在推动相关领域发展方面的广阔前景。湿化学合成过程中，需精细调控配体、介质、前体及温度等多个变量，这些变量的微妙变化直接关联到各向异性钙钛矿的合成成效及其特性展现。对此进行深入探索，将有助于推动该领域在实现精确合成及异质结构制造技术上取得显著进步。在无配体参与的合成环境中，基底与介质的选择扮演了至关重要的角色，它们通过诱导作用显著地影响着钙钛矿的各向异性特性。针对一维各向异性钙钛矿的合成，基底辅助方法显得尤为重要，这些方法涵盖了溶解重结晶法、气相沉积法以及异质空间限制法等。通过这些方法，可以有效地限制晶体的生长方向，从而精准地诱导钙钛矿的各向异性特征。当前制造与形态学调整的核心技术，主要局限于二维，这与现代光电子学日益增长的前沿需求——即需要实现自由几何形状的电路设计以及更高的集成密度——愈发不相适应。而3D打印技术的出现，恰好满足了在三维空间里精确塑造所需形状的需求。尽管钙钛矿在光电性能方面表现出色，但其稳定性欠佳。因此，众多研究工作集中致力于提升其稳定性。同时，发展出无缺陷且异质结构精确控制的制造技术，被视为进一步提升钙钛矿综合性能的关键所在。除此之外，一维钙钛矿还展现出独特的发光性能。使用由官能团、聚合物、金属和一维钙钛矿组成的异质结构为钙钛矿材料提供了显著的稳定性优势。除此之外，异质结构不仅提高了钙钛矿纳米线阵列的柔韧性和导电性，而且增强了表面阵列结构的取向性，从而获得更高的线极化发光值。在探测器、太阳能电池、led和催化剂等各种技术应用中，已经报道了定制异质结构可以在每个领域产生显着的好处和进步。异构组合的策略性应用显著提高了应用的性能。（1）在探测器领域，异质结构对于创建和扩展光吸收光谱以及发展自供电探测器至关重要。（2）围绕钙钛矿太阳能电池的讨论强调了异质结构在消除对钙钛矿厚度的依赖以增强性能和提高电荷提取率方面的优势。（3）在钙钛矿LED中，一维异质结构策略有助于促进柔性电极和降低电极电阻。（4）异质钙钛矿其在增强稳定性和促进定向电荷转移方面的作用而受到称赞，从而提高了催化性能。（5）此外，钙钛矿在激光器、图像传感器等方面的应用也被讨论。
（1）合成过程中异质界面处的配体限制了钙钛矿的生长方向，诱导各向异性。湿化学合成过程中，介质主要通过影响配体间接的影响各向异性。在无配体的环境下生长一维各项异性，基底和介质是诱导各向异性主要因素。（2）异质界面和异质组合可以提高钙钛矿的稳定性，诱导各向异性，帮助单晶钙钛矿的合成。巧妙的异质设计不仅能提高钙钛矿的性能还能赋予钙钛矿新的功能。（3）在应用时，异质构建方法可以显著提高应用表现。拓展检测范围、提高导电性、增加柔性应用、促进定向电荷转移等等。（4）随着异质结构的发展，钙钛矿的应用能力和应用范围得到显著提高。但是随之而来的异质界面强度的提高成为关注的重点。界面处不同基团、不同材料的元素和形貌的调控是提高界面强度的重点。![]()
马伟，江南大学食品学院教授，研究领域为纳米材料可控制备、光学性能及应用。入选教育部重大人才工程(青年)及江苏省杰出青年基金资助计划。
En Yang, Mengna Zhang, Shuaishuai Wei, Dan Liang, Mustafa Zeb, Liping Zhang,
Yoonseob Kim, Yuan Zhao, Wei Ma, Controllable Synthesis and Heterogeneous Tailoring of 1D Perovskites, Emerging Properties and Applications, Adv. Powder Mater. 4(2025) 100250. https://doi.org/10.1016/j.apmate.2024.100250
100250-main.pdf
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Advanced Powder Materials（先进粉体材料（英文））创刊于2022年1月，由中南大学与KeAi合作创办，粉末冶金国家重点实验室和粉末冶金国家工程研究中心承办的粉体材料领域的学术期刊。主编是黄伯云院士和Chain-Tsuan Liu院士。致力于发表国内外粉体材料领域及其交叉学科具有原创性和重要性的最新研究成果。
l 坚持高质量办刊，审稿原则“高效、双盲、严格”
l IF：28.6
l 获得奖项：
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