science重磅：LHPs+MOFs，实现重大突破

一、研究背景

钙钛矿 （perovskite）是德国矿物学家古斯塔夫·罗斯（Gustav Rose）在1839年，于俄罗斯中部境内的乌拉尔山脉上发现钙钛矿岩石样本，决定以他心中伟大的地质学家Lev Perovski来命名这种矿石。该矿石是普通的金属有机化合物晶体，主要成分是钛酸钙（CaTiO3 ）。后来人们所指的钙钛矿电池，并不是用他发现的这种矿石材料制成的，而是使用了与钙钛矿晶体结构相似的化合物。

钙钛矿晶体结构示意图

近年来关于钙钛矿的研究非常多，而且还经常发表于Nature、Science等顶刊中，作为新兴的明星材料，连石墨烯也要甘拜下风。

就在2021年10月20日 ，韩国浦项 科技 大学Min Gyu Kim、蔚山国立科学技术研究院Tae Joo Shin、Sang Il Seok教授课题组联合报道了通过将Cl键合的SnO2与含Cl的钙钛矿前驱体耦合，在SnO2电子传输层和卤化物钙钛矿吸光层之间形成夹层。该层间具有原子相干特性，增强了钙钛矿层的电荷提取和传输，减少了界面缺陷。 这项研究工作以题为“Perovskite solar cells with atomically coherent interlayers on SnO2 electrodes”发表在顶级期刊Nature上。

仅隔一周，于2021年10月29日，喜讯再度传来，钙钛矿再次登上顶刊，让我们一起来看看！

卤化铅钙钛矿(LHPs)显示出可调的带隙、高电荷载流子迁移率和明亮的窄带光致发光(PL)，与传统的硅基和二元ⅱ-ⅵ族、ⅲ-ⅴ族和ⅳ-ⅵ族半导体材料相比，这些材料在光电应用方面具有优势。然而，为了成功的技术集成，LHPs必须克服其固有的多态性；暴露于极性溶剂、氧气、热和光时分解；陷阱态的存在；以及有毒重金属离子的相分离和浸出。例如，在CsPbI3伪立方“黑”相(α-、β-和γ-相)中发现了适合光伏和红光发光二极管(LED)的高光学吸收率和直接带隙，但是热力学因素促进了它们在环境条件下向非活性非钙钛矿“黄色”δ相的转化(图1A)。白光发光二极管的LHP材料将主要依赖于这种红色发射器的稳定性，理想的情况是结合在一个单一的宽带发光材料结构中。

LHP复合材料的形成可能为其中一些问题提供解决方案，但LHP的离子性质并不完全有利于复合材料的制造。引起的功能损失包括LHP聚集和分解、与所选基质的弱界面相互作用导致的差的机械稳定性以及高浓度陷阱态的形成。对金属有机框架(MOFs)的一个亚家族——沸石咪唑盐框架(ZIFs)的研究，使得人们能够在淬火后获得高温ZIF液体和微孔玻璃。ZIF玻璃在孔隙率、反应性、机械刚性和延展性以及光学响应方面具有独特的物理化学性质，并已被用作晶体MOFs的基质。综上所述，这些特性使ZIF玻璃成为应对LHP复合材料多重挑战的首选。

二、研究成果

卤化铅钙钛矿(LHP)半导体显示出优异的光电性能。然而，它们应用的障碍在于它们的多态性、对极性溶剂的不稳定性、相分离和对铅离子浸出的敏感性。近日， 昆士兰大学王连洲、侯经纬教授课题组报道了一系列通过液相烧结LHPs和金属有机框架玻璃制备的可扩展复合材料。玻璃充当LHPs的基质，通过界面相互作用有效稳定非平衡钙钛矿相。这些相互作用还钝化了LHP表面缺陷，并赋予其明亮的窄带光致发光特性，从而产生白光发光二极管。这种可加工的复合材料对水和有机溶剂的浸泡以及暴露在热、光、空气和环境湿度下表现出高稳定性。这些特性，加上它们的铅自隔离能力，可以实现LHP的突破性应用。相关研究工作以“Liquid-phase sintering of lead halide perovskites and metal-organic framework glasses”为题发表在国际顶级期刊《Science》上。

三、图文速递

图1. 不同烧结温度下(CsPbI3)0.25(agZIF-62)0.75复合材料的制备

图2. 烧结过程中的结构和结合演变

作者描述了一种新的复合材料，通过液相烧结晶体LHP和ZIF玻璃基体制造，并表明用于形成高性能复合材料的工业粉末加工技术可以应用于化学上不同的LHP和ZIF玻璃。ZIF-62 { Zn[(Im)1.95(BiM)0.05]}(Im，咪唑盐；bIm，苯并咪唑酯)和CsPbI3首先被机械化学合成，并显示出预期的相变(图1A)。然后，将25 wt%的CsPbI3与ZIF-62玻璃[表示为agZIF-62，玻璃化转变温度(Tg)~ 304 混合，混合物称为(CsPbI3)(agZIF-62)(25/75)。同步辐射XRD表明，混合物中形成了非钙钛矿δ-CsPbI3相。混合物在不同温度(高达350 )下烧结，然后在流动氩(氩)下用液氮淬火(称为低温淬火)。所得复合材料称为(CsPbI3)0.25(agZIF-62)0.75，显示出与亚稳态g-CsPbI3相一致的XRD特征，随着烧结温度的升高强度逐渐增加(图1B)。在烧结过程中观察到可忽略的重量损失。

图3.用300 烧结法制备的(CsPbI3)0.25(agZIF62)0.75复合材料的相分布

图4.复合材料的稳定性和光学性能

最后，由CsPbX3(X = Cl、Br和混合卤化物离子)和agZIF-62形成复合材料阵列，显示出具有窄PL峰的宽色域(图4、B和C)。对于所有的CsPbX3复合材料，它们的绝对光致发光强度比相应的纯CsPbX3样品高至少两个数量级，无论是在合成时还是经过相同的烧结处理后。这些特性，加上高加工性(图4D)，使这些单片材料成为白光发光二极管的理想候选材料。

四、结论与展望

五、文献

文献链接： https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf4460

文献原文：

STS是意法半导体。

意法半导体（ST）集团于1987年成立，是由意大利的SGS微电子公司和法国Thomson半导体公司合并而成。1998年5月，SGS-THOMSON Microelectronics将公司名称改为意法半导体有限公司。

意法半导体是世界最大的半导体公司之一，2006年全年收入98.5亿美元，2007年前半年公司收入46.9亿美元。

扩展资料：

2019年12月5日，高科技公司通快(TRUMPF)发布消息称，公司与传感器制造商意法半导体(STMicroelectronics)的合作关系在2019年秋季达到新高度，通快向它的欧洲合作伙伴交付了第10亿个垂直腔面发射激光器(Vcsel)。

Vcsel是传感器的一个基本组件，在现代智能手机中占据重要地位，能够提高摄像头的自动对焦能力，实现人脸识别解锁设备显示屏、用户接听电话时将智能手机举到耳边时自动关闭显示屏。目前，通快的Vcsel技术已安装在150多款智能手机上。

参考资料来源：百度百科——意法半导体

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