子刊最新综述：具有化学多样性和多功用的有机无机配体钙钛矿材料

年前(2017-02-15)浏览

【引言】

有机无机配体钙钛矿（下述简称）由不同的成分构成，这些组成包含卤化物类、甲酰胺、氰化物、二氰胺以及二甲基金属盐类几类。这些材料具备共同的特点，如典型的ABX3钙钛矿构型（A通常为有机胺）。尽管其他的钙钛矿材料也具备不同的物理性能，但现在大部份的研究集中于金属卤化物类的无机功能材料，该类材料在太阳能电池或者光学元件的利用上展现出了优良的性能。

北京时间2017年2月7日，来自华中科技学院的李伟教授、北京高校的高松教授、剑桥学院的H.以及K.（一同通讯）在上发表了题为“and–”的评述。这篇综述重点讨论了有机无机配体钙钛矿中较为常用HOIP类材料的物理变化、结构差别以及全面的生物性质（比如光伏特性、介电、光电、磁性、铁电、铁弹和多性）。

综述总览图

1、的分类

钙钛矿一词源于矿物，ABX3是砷化镓材料的物理通式，六配位的B位阳离子与X位阴离子形成一个BX6八面体，八面体共点连结产生三维空间构架，A位阳离子位于该框架的空穴当中。胺根离子及其他有机分子链可替代A位和X位粒子，以此方法产生的一类钙钛矿材料被称为有机无机配体钙钛矿。

表的分类、化学差异、晶体的对称性和主要的物理性质

通常有机无机配体钙钛矿（）中A被取代成有机物，或者A与X均为有机物。图1中a图以（斜方晶系，Pbnm）为例，描述该无机钙钛矿的构成；b图则与无机钙钛矿不同，中有机阳离子进入A位，以（斜方晶系，Pnma；MA=铵）为例；图c的中的A位和X位分别由有机阳离子、有机阴离子组成，构成了金属-有机框架的钙钛矿，以[MA][Mn(HCOO)3]（斜方晶系，Pnma）为例。

图1钙钛矿的产生

2、双钙钛矿结构与反钙钛矿结构

随着组分和频率等条件的改变，会显示出与不同的空间结构，如双钙钛矿结构和反钙钛矿结构。双钙钛矿，其构型可表示为A2B’B’’O6，标准的A2B’B’’O6型氧化物可以看作是由不同的BO6八面体规则的相间排列而成，该种材料会因相变而体现铁电和磁性等性质。在产生这种结构时，有机分子与八面体框架之间的氢键链接有着重要的作用。

图2双钙钛矿结构与反钙钛矿结构

（a）双钙钛矿结构：[DMA]2[NaFe(HCOO)6]（DMA=二甲基铵）；

（b）反钙钛矿结构：[(TTF?)3][Cl()]（TTF?+=四硫富瓦烯盐）

3、不同的结构

改变A、B或X位基团的特点，可极大的拓宽有机无机配体钙钛矿的应用范围。其中，容限因子公式是考量ABX3空间构架的一个重要标准。根据化学构成的差异，有机无机配体钙钛矿可以分为：卤化物钙钛矿（X＝Cl-，Br-，I-；A=MA，FA等），甲酰胺共聚物（X＝HCOO-），叠氮化物钙钛矿(X=N3-)，二氰氨钙钛矿（X＝N(CN)2-）等。这些材料表现起来很好的光伏、光电、激光、铁电、介电、磁和力学机理。