七层2D杂化铅碘钙钛矿

杂化卤化物钙钛矿因其独特的结构，在光电子领域潜力巨大。从结构的角度来看，2D钙钛矿比3D钙钛矿更具通用性，其通式为（A‘）m（A）_n-1B_nX_{3n + 1}其中A‘是一个大的有机阳离子，A是钙钛矿化剂（甲基铵[MA +]或甲脒 [FA +]或[Cs +]），B是金属阳离子（Pb^{2 +}，Sn^{2 +}等），X是卤化物（Cl，Br或I）。多层2D卤化物钙钛矿的两个主要类别是Dion-Jacobson（DJ）和Ruddlesden-Popper（RP）相，主要通过层间阳离子区分。二维钙钛矿一直被认为是天然量子阱材料，其中无机层具有半导体特性，表现出不同程度的量子限域，由n值定义，有机间隔物用作介电势垒。目前关于低层数（n = 1-4）的二维钙钛矿报道很多，包括带有3-氨基甲基哌啶鎓（3AMP）和4-氨基甲基哌啶鎓（4AMP）（n = 1-4）的DJ系列。而具有晶体学特征的较高层厚度的二维钙钛矿材料（n> 5）仅报道了带有丁基铵（BA）阳离子的RP系列（n = 6–7）。较高层数的二维钙钛矿作为研究低层数材料和3D体相材料的桥梁，它们的合成与研究可以帮助我们更好的理解这一大类材料。

西北大学Mercouri G. Kanatzidis教授课题组最近报道了Dion-Jacobson（DJ）家族目前具有最高厚度的二维钙钛矿材料，并对其进行了晶体学结构分析。与Ruddlesden-Popper（RP）相（BA）₂（MA）₆Pb₇I₂₂（BA =丁基铵）相比，七层DJ相（4AMP）（MA）₆Pb₇I₂₂（4AMP = 4-氨基甲基吡啶鎓）在晶体结构中显示出较小的变形。 DJ和RP钙钛矿的比较表明，精细的结构细节仍然影响钙钛矿的光学特性：DJ相保持较RP相更低的能量吸收边和光致荧光发射（1.53和1.70 eV），RP相则分别为（1.57和1.74 eV）。密度泛函理论（DFT）计算表明两种钙钛矿导带局域化密度最小值与价带局域化密度最大值位于二维钙钛矿层的不同部分，这意味着两种结构里具有不同的电子，空穴传输通道。解锁高厚度的分层钙钛矿的合成为高性能光电材料的制备提供了可及性。