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科技处 材料学院)9月17日,《Nature Communications》(自然·通讯)在线刊登我校材料学院赵晋津教授联合北京大学、南方科技大学、中科院深圳先进技术研究院等单位相关专家团队发表的科技文章,题为“Atomic-scale imaging of CH3NH3PbI3 structure and its decomposition pathway”(钙钛矿原子尺度成像与降解路径)。我校为共同通讯单位,赵晋津教授为第一通讯作者,我校硕士研究生秘周和郝伟仲为重要贡献作者。该科技文章首次在原子尺度上解析了杂化金属卤化物钙钛矿分解路径和阳离子有序的中间相结构,并揭示了钙钛矿分解过程中的电子结构和成键演变。

据赵教授介绍,杂化钙钛矿材料具有优异的光电、电光和全光转换性能,受到低碳能源、生物医学和电子信息等领域相关研究人员广泛关注。钙钛矿优异的能量转换性能主要取决于ABX3原子结构。例如,铅碘八面体通过角连接构成的三维结构有利于载流子扩散,有机阳离子以及氢键可以引起自发极化和铁电性,促使光生载流子分离,提高载流子寿命。然而,由于该材料对电子束极其敏感,原子尺度解析钙钛矿结构和离子迁移路径充满挑战。

基于此,赵晋津教授团队通过低剂量原子尺度成像,获得了钙钛矿材料MAPbI3的原子结构,阐明了钙钛矿降解过程中的原子尺度离子迁移机理。降解过程分为两步,先是形成有机阳离子MA+空位,然后是I-和Pb2+扩散引起钙钛矿结构坍塌,分解为PbI2。分解过程中,电子束会破坏C-N键,产生NH3、HI和碳氢化合物,并伴随钙钛矿超结构带隙逐渐增大。这些发现对未来持续提升低碳高效能源材料研究极为重要,也为钙钛矿结构对称工程(铁电、反铁电、铁弹、离子迁移等)研究揭开序幕。

赵晋津教授团队长期致力于杂化金属卤化物钙钛矿结构对称工程研究,此次报道的研究成果是我校建校以来第二篇《Nature Communications》通讯单位论文,近年来,其团队相关研究成果陆续在国际顶级期刊发表,主要有:Nature《自然》,2020, 584, 377-381(IF=49.962);Nature Communications《自然通讯》,2018, 9(1), 4807 (IF=14.919);Advanced Materials 2篇, 《先进材料》2020, 2001107和2019, 1902870 (IF=30.849);EcoMat《生态材料》,2021,doi:10.1002/eom2.12131;Advanced Functional Materials《先进功能材料》,2020, 2006243 (IF=18.808);Nano Energy《纳米能源》,2019, 60, 4764 (IF=17.881);Science Bulletin 2篇,《科学通讯》,2020, 65, 1643和2017, 62 (17), 1173 (IF=11.78);npj Quantum Materials《自然-量子材料》,2018, 3, 30 (IF= 7.032);Nanoscale《纳米尺度》, 2017, 9, 3806-3817 (IF= 7.790);Advanced Intelligent Systems《先进智能系统》,2020, 2, 2000122.

 

 

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-25832-9