李灿、李仁贵：揭示无铅钙钛矿材料的结构调变与光电性质本质关系

shiren

催化基础国家重点实验室李灿院士、李仁贵研究员等在钙钛矿材料的结构调变与光电性质的研究方面取得新进展，发现全无机非铅卤化物钙钛矿结构内部八面体畸变的消除明显降低了电子-空穴对局域化，极大地增强了光生电荷的分离与传输，表现出优异的光电性质。
　　金属卤化物钙钛矿由于其优异的光电性质（如光吸收系数高、激子结合能低、载流子迁移率高和扩散长度长等）而受到研究者的广泛关注，目前已被应用于各光电领域。然而，为什么具有钙钛矿类结构的材料表现出如此优异的光电性质，以及其独特的结构如何影响光生电荷的分离与传输等关键问题目前仍不清楚，这也限制了进一步发展高效的钙钛矿光电材料体系。

无铅钙钛矿材料

　　本工作中，该研究团队选用Cs3Bi2Br9这一类典型的无机卤化物钙钛矿半导体为研究对象，通过理论计算与实验相结合，发现Cs3Bi2Br9中BiBr6八面体结构畸变使得激发的电子-空穴对强局域在Bi中心，由此产生了极大的激子结合能，阻碍了光生电荷的分离与传输。进一步通过向其结构中引入Ag原子替代部分Bi原子，形成双钙钛矿Cs2AgBiBr6，Ag占据了原来的空位，消除了八面体的结构畸变，大大降低了电子-空穴对的强局域化，使得导带和价带中的电子分布更加分散。因此，相比于Cs3Bi2Br9，Cs2AgBiBr6的激子结合能更小，载流子有效质量更低，载流子迁移率更高，有效寿命更长，极大地提升了光生电荷的分离和传输性质。该研究团队进一步以可见光下光催化产氢反应作为探针反应，发现钙钛矿微观结构的调变使得光催化产氢活性提高了两个数量级以上，进一步验证了钙钛矿结构调变对其光生电荷分离和传输性质的重要影响。该研究工作对于深入理解钙钛矿半导体微观结构与其光电特性的本质关联、理性设计和指导新型钙钛矿材料体系应用于光电领域具有重要意义。
　　相关研究成果发表在《先进材料》（Advanced Materials）上，论文第一作者是博士生石明。该研究工作得到国家自然科学基金项目、中科院战略性先导科技专项A类“变革性洁净能源关键技术与示范”和兴辽英才计划项目等的支持。（文/图 石明、李仁贵）


       文章来源：大连化物所
       李灿，男，汉族，1960年1月生于甘肃省。理学博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师。2003年当选中国科学院院士，2005年当选第三世界科学院院士，2008年当选欧洲人文和自然科学院外籍院士、英国皇家化学学会会士。任中国科学院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室（筹）主任，中法催化联合实验室中方主任，英国石油公司与中国科学院大连化学物理研究所能源创新实验室主任，兼任中国科学技术大学材料与化学学院院长。主要从事催化材料、催化反应和催化光谱表征方面的研究，研制了具有自主知识产权的国内第一台用于催化材料研究的紫外共振拉曼光谱仪。
       李仁贵，中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师。于2009年于厦门大学获得学士学位，2014年于中国科学院大连化学物理研究所取得博士学位，博士期间曾赴日本东京大学K.Domen研究组进行短期的合作交流。博士毕业后申请中国科学院大连化学物理研究所“破格选拔优秀毕业生”计划，被聘为青年人才、副研究员加入催化基础国家重点实验室工作，从事太阳能光催化转化相关研究2015年被聘为硕士研究生导师，2016年入选中国科学院“青年创新促进会”会员，2018年破格晋升为研究员。2017年起任洁净能源国家实验室（筹）微纳光电材料及光催化研究组（DNL1608）课题组长。在Nature Commun., Energy Environ. Sci.，Adv. Energy Mater., Eur. Chem. J., Sci. Rep.等学术期刊发表论文20余篇，发表论文总引用1800余次。 [2]  曾受邀在关于人工光合成的Faraday Discussions 会议、全国催化大会、全国光催化与光化学学术会议以及中国科学院学部论坛-“光催化分解水”科学与技术前沿论坛做邀请报告或主旨报告等。荣获“中国催化新秀奖“（2017）、国际催化大会“青年科学家奖”（2016）、“中国科学院优秀博士论文”（2015）、“中国科学院优秀毕业生” （2014）、“中国百篇最具影响力国际学术论文”（2013）、“辽宁省自然科学学术成果奖特等奖”（2013）等。 作为项目负责人承担国家自然科学基金委“面上基金”及“青年科学基金”等项目，作为项目骨干参与973项目、基金委“重点项目群”等。