钙钛矿材料制备中的溶剂配位效应

张欣 韩登宝 陈小梅 陈宇 常帅 钟海政

引用本文: 张欣, 韩登宝, 陈小梅, 陈宇, 常帅, 钟海政. 钙钛矿材料制备中的溶剂配位效应[J]. 物理化学学报, 2021, 37(4): 200805. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008055 shu
Citation:  Xin Zhang, Han Dengbao, Chen Xiaomei, Chen Yu, Chang Shuai, Zhong Haizheng. Effects of Solvent Coordination on Perovskite Crystallization[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(4): 200805. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008055 shu

钙钛矿材料制备中的溶剂配位效应

    作者简介:




    钟海政,河北清河人,北京理工大学材料学院教授、博士研究生导师,主要从事光学与光电子材料的研究,兼任The Journal of Physical Chemistry Letters执行主编;
    通讯作者: 钟海政, hzzhong@bit.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金委员会与香港研究资助局联合科研资助合作项目(51761165021)资助

摘要: 钙钛矿材料具有吸收系数大、载流子迁移率高、可溶液加工等特点,在太阳能电池、发光二极管、光电探测等领域具有潜在的应用价值。钙钛矿的光电性质与其维度、尺寸、形貌密切相关,因此研究材料的生长是实现高性能器件应用的基础。钙钛矿前驱体与溶剂之间的配位作用对钙钛矿的生长过程具有重要影响。本综述总结了钙钛矿前驱体与溶剂之间的配位作用对钙钛矿单晶、多晶薄膜、量子点三类体系制备的影响,讨论了在上述材料制备中的溶剂配位效应,特别是溶剂配位效应所形成的溶剂化物对材料生长过程,以及所制备的材料(形貌、晶相、缺陷、稳定性)的影响。最后,我们对这一研究方向存在的问题和挑战进行了分析和展望。

English

    1. [1]

      Stranks, S. D.; Snaith, H. J. Nat. Nanotechnol. 2015, 10, 391. doi: 10.1038/nnano.2015.90

    2. [2]

      Saparov, B.; Mitzi, D. B. Chem. Rev. 2016, 116, 4558. doi: 10.1021/acs.chemrev.5b00715

    3. [3]

      Ha, S. T.; Su, R.; Xing, J.; Zhang, Q.; Xiong, Q. Chem. Sci. 2017, 8, 2522. doi: 10.1039/C6SC04474C

    4. [4]

      丁黎明, 程一兵, 唐江.物理化学学报, 2018, 34, 449. doi: 10.3866/PKU.WHXB201710121Ding, L. M.; Cheng, Y. B.; Tang, J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2018, 34, 449. doi: 10.3866/PKU.WHXB201710121

    5. [5]

      Hintermayr, V. A.; Richter, A. F.; Ehrat, F.; Döblinger, M.; Vanderlinden, W.; Sichert, J. A.; Tong, Y.; Polavarapu, L.; Feldmann, J.; Urban, A. S. Adv. Mater. 2016, 28, 9478. doi: 10.1002/adma.201602897

    6. [6]

      Zhu, Z. Y.; Yang, Q. Q.; Gao, L. F.; Zhang, L.; Shi, A. Y.; Sun, C. L.; Wang, Q.; Zhang, H. L. J. Phys. Chem. Lett. 2017, 8, 1610. doi: 10.1021/acs.jpclett.7b00431

    7. [7]

      Tong, Y.; Bladt, E.; Aygüler, M. F.; Manzi, A.; Milowska, K. Z.; Hintermayr, V. A.; Docampo, P.; Bals, S.; Urban, A. S. Polavarapu, L. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 13887. doi: 10.1002/anie.201605909

    8. [8]

      Kojima, A.; Ikegami, M.; Teshima, K.; Miyasaka, T. Chem. Lett. 2012, 41, 397. doi: 10.1246/cl.2012.397

    9. [9]

      Niu, Y. W.; Zhang, F.; Bai, Z.; Dong, Y.; Yang, J.; Liu, R.; Zou, B.; Li, J.; Zhong, H. Z. Adv. Opt. Mater. 2015, 3, 112. doi: 10.1002/adom.201400403

    10. [10]

      Chang, S.; Bai, Z.; Zhong, H. Z. Adv. Opt. Mater. 2018, 6, 1800380. doi: 10.1002/adom.201800380

    11. [11]

      Sahli, F.; Werner, J.; Kamino, B. A. Nat. Mater. 2018, 17, 820. doi: 10.1038/s41563-018-0115-4

    12. [12]

      Yuan, M.; Quan, L. N.; Comin, R.; Walters, G.; Sabatini, R.; Voznyy, O.; Hoogland, S.; Zhao, Y.; Beauregard, E. M.; Kanjanaboos, P.; et al. Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 872. doi: 10.1038/nnano.2016.110

    13. [13]

      肖娟, 张浩力.物理化学学报, 2016, 32, 1894. doi: 10.3866/PKU.WHXB201605034Xiao, J.; Zhang, H. L.; Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 1894. doi: 10.3866/PKU.WHXB201605034

    14. [14]

      Han, D.; Imran, M.; Zhang, M.; Chang, S.; Wu, X. G.; Zhang, X.; Tang, J. L.; Wang, M.; Ali, S.; Li, X., et al. ACS Nano 2018, 12, 8808. doi: 10.1021/acsnano.8b05172

    15. [15]

      Ji, H.; Xu, H.; Jiang, F.; Bai, Z. L.; Zhong, H. Z. International Conference on Display Technology 2019, 50, 411. doi: 10.1002/sdtp.13513

    16. [16]

      Cao, Y.; Wang, N.; Tian, H.; Guo, J.; Wei, Y.; Chen, H.; Miao, Y.; Zou, W.; Pan, K.; He, Y, et al. Nature 2018, 562, 249. doi: 10.1038/s41586-018-0576-2

    17. [17]

      Lin, K.; Xing, J.; Quan, L. N.; de Arquer, F. P. G.; Gong, X.; Lu, J.; Xie, L.; Zhao, W.; Zhang, D.; Yan, C.; et al. Nature 2018, 562, 245. doi: 10.1038/s41586-018-0575-3

    18. [18]

      Shen, Y.; Cheng, L. P.; Li, Y. Q.; Li, W.; Chen, J. D.; Lee, S. T.; Tang, J. X. Adv. Mater. 2019, 31, 1901517. doi: 10.1002/adma.201901517

    19. [19]

      Wang, L.; Dai, G.; Deng, L.; Zhong, H. Z. Sci. China Mater. 2020, 63, 1382. doi: 10.1007/s40843-020-1336-6

    20. [20]

      Wei, H.; Fang, Y.; Mulligan, P.; Chuirazzi, W.; Fang, H. H.; Wang, C.; Ecker, B. R.; Gao, Y.; Loi, M. A.; Cao, L.; et al. Nat. Photonics 2016, 10, 333. doi: 10.1038/nphoton.2016.41

    21. [21]

      Yakunin, S.; Sytnyk, M.; Kriegner, D.; Shrestha, S.; Richter, M.; Matt, G. J.; Azimi, H.; Brabec, C. J.; Stangl, J.; Kovalenko, M. V. Nat. Photonics 2015, 9, 444. doi: 10.1038/nphoton.2015.82

    22. [22]

      Pan, W.; Wu, H.; Luo, J.; Deng, Z.; Ge, C.; Chen, C.; Jiang, X.; Yin, W. J.; Niu, G.; Zhu, L.; et al. Nat. Photonics 2017, 11, 726. doi: 10.1038/s41566-017-0012-4

    23. [23]

      Zhu, W.; Ma, W.; Su, Y.; Chen, Z.; Chen, X.; Ma, Y.; Bai, L.; Xiao, W.; Liu, T.; Zhu, H.; et al. Light-Sci. Appl. 2020, 9, 112. doi: 10.1038/s41377-020-00353-0

    24. [24]

      Jung, M.; Ji, S. G.; Kim, G.; Seok, S. I. Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 2011. doi: 10.1039/C8CS00656C

    25. [25]

      Cao, X.; Zhi, L.; Jia, Y.; Li, Y.; Zhao, K.; Cui, X.; Ci, L.; Zhuang, D.; Wei, J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 7639. doi: 10.1021/acsami.8b16315

    26. [26]

      Li, W.; Wang, Z.; Deschler, F.; Gao, S.; Friend, R. H.; Cheetham, A. K. Nat. Rev. Mater. 2017, 2, 16099. doi: 10.1038/natrevmats.2016.99

    27. [27]

      Cho, H.; Kim, Y. H.; Wolf, C.; Lee, H. D.; Lee, T. W. Adv. Mater. 2018, 30, 1704587. doi: 10.1002/adma.201704587

    28. [28]

      Sugimoto, T. Adv. Colloid Interface Sci. 1987, 28, 65. doi: 10.1016/0001-8686(87)80009-X

    29. [29]

      Zhang, F.; Chen, C.; Kershaw, S. V.; Xiao, C.; Han, J.; Zou, B.; Wu, X.; Chang, S.; Dong, Y.; Rogach, A. L.; et al. Chem Nano Mater 2017, 3, 303. doi: 10.1021/acsami.8b05664

    30. [30]

      Saidaminov, M. I.; Abdelhady, A. L.; Maculan, G.; Bakr, O. M. Chem. Commun. 2015, 51, 176581. doi: 10.1039/C5CC06916E

    31. [31]

      Dang, Y.; Liu, Y.; Sun, Y.; Yuan, D.; Liu, X.; Lu, W.; Liu, G.; Xia, H.; Tao, X. CrystEngComm 2015, 17, 665. doi: 10.1039/C4CE02106A

    32. [32]

      Yan, K.; Long, M.; Zhang, T.; Wei, Z.; Chen, H.; Yang, S.; Xu, J. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4460. doi: 10.1021/jacs.5b00321

    33. [33]

      Wu, Y.; Islam, A.; Yang, X.; Qin, C.; Liu, J.; Zhang, K.; Peng, W.; Han, L. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2934. doi: 10.1039/C4EE01624F

    34. [34]

      Yang, W. S.; Noh, J. H.; Jeon, N. J.; Kim, Y. C.; Ryu, S.; Seo, J.; Seok, S. I. Science 2015, 348, 1234. doi: 10.1126/science.aaa9272

    35. [35]

      Lee, J. W.; Kim, H. S.; Park, N. G. Acc. Chem. Res. 2016, 49, 311. doi: 10.1021/acs.accounts.5b00440

    36. [36]

      Stamplecoskie K. G.; Manser, J. S.; Kamat, P. V. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 208. doi: 10.1039/C4EE02988G

    37. [37]

      Jo, Y.; Oh, K. S.; Kim, M.; Kim, K. H.; Lee, H.; Lee, C. W.; Kim, D. S. Adv. Mater. Interfaces 2016, 3, 1500768. doi: 10.1002/admi.201500768

    38. [38]

      Li, B.; Binks, D.; Cao, G.; Tian, J. Small 2019, 15, 1903613. doi: 10.1002/smll.201903613

    39. [39]

      Hamill, J. C.; Schwartz, J.; Loo, Y. L. ACS Energy Lett. 2018, 3, 92. doi: 10.1021/acsenergylett.7b01057

    40. [40]

      Fang, Y.; Dong, Q.; Shao, Y.; Yuan, Y.; Huang, J. Nat. Photonics 2015, 9, 679. doi: 10.1038/nphoton.2015.156

    41. [41]

      Liu, Y.; Yang, Z.; Liu, S. Adv. Sci. 2018, 5, 1700471. doi: 10.1002/advs.201700471

    42. [42]

      Ding, J.; Yan, Q. F. Sci. China Mater. 2017, 60, 1063. doi: 10.1007/s40843-017-9039-8

    43. [43]

      Shi, D.; Adinolfi, V.; Comin, R.; Yuan, M.; Alarousu, E.; Buin, A.; Chen, Y.; Hoogland, S.; Rothenberger, A.; Katsiev, K. Science 2015, 347, 519. doi: 10.1126/science.aaa2725

    44. [44]

      吕乾睿, 李晶, 廉志鹏, 赵昊岩, 董桂芳, 李强, 王立铎, 严清峰.物理化学学报, 2017, 33, 249. doi: 10.3866/PKU.WHXB201610142Lu, Q. R.; Li, J.; Lian, Z. P.; Zhao, H. Y.; Dong, G. F.; Li, Q.; Wang, L. D.; Yan, Q. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33, 249. doi: 10.3866/PKU.WHXB201610142

    45. [45]

      Chen, X.; Zhang, F.; Ge, Y.; Shi, L.; Huang, S.; Tang, J.; Lv, Z.; Zhang, L.; Zou, B.; Zhong, H. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1706567. doi: 10.1002/adfm.201706567

    46. [46]

      Wang, Y. L.; Chang, S.; Chen, X. M.; Ren, Y. D.; Shi, L. F.; Liu, Y. H.; Zhong, H. Z. Chin. J. Chem. 2019, 37, 616. doi: 10.1002/cjoc.201900071

    47. [47]

      Lian, Z.; Yan, Q.; Gao, T.; Ding, J.; Lv, Q.; Ning, C.; Li, Q.; Sun, J. L. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 9409. doi: 10.1021/jacs.6b05683

    48. [48]

      Han, Q.; Bae, S. H.; Sun, P.; Hsieh, Y. T.; Yang, Y.; Rim, Y. S.; Zhao, H.; Chen, Q.; Shi, W.; Li, G. Adv. Mater. 2016, 28, 2253. doi: 10.1021/jacs.6b05683

    49. [49]

      Nayak, P. K.; Moore, D. T.; Wenger, B.; Nayak, S.; Haghighirad, A. A.; Fineberg, A.; Noel, N. K.; Reid, O. G.; Rumbles, G.; Kukura, P; et al. Nat. Commun. 2016, 7, 13303. doi: 10.1038/ncomms13303

    50. [50]

      Zhang, F.; Zhong, H. Z.; Chen, C.; Wu, X. G.; Hu, X.; Huang, H.; Han, J.; Zou, B.; Dong, Y. ACS Nano 2015, 9, 4533. doi: 10.1021/acsnano.5b01154

    51. [51]

      Protesescu, L.; Yakunin, S.; Bodnarchuk, M. I.; Krieg, F.; Caputo, R.; Hendon, C. H.; Yang, R. X.; Walsh, A.; Kovalenko, M. V. Nano Lett. 2015, 15, 3692. doi: 10.1021/nl5048779

    52. [52]

      Zhang, F.; Huang, S.; Wang, P.; Chen, X.; Zhao, S.; Dong, Y.; Zhong, H. Chem. Mater. 2017, 29, 3793. doi: 10.1021/acs.chemmater.7b01100

    53. [53]

      Liu, M.; Zhao, J.; Luo, Z.; Sun, Z.; Pan, N.; Ding, H.; Wang, X. Chem. Mater. 2018, 30, 5846. doi: 10.1021/acs.chemmater.8b00537

    54. [54]

      Li, L.; Chen, Y.; Liu, Z.; Chen, Q.; Wang, X.; Zhou, H. Adv. Mater. 2016, 28, 9862. doi: 10.1002/adma.201603021

    55. [55]

      Wharf, I.; Gramstad, T.; Makhija, R.; Onyszchuk, M. Can. J. Chem. 1976, 54, 3430. doi: 10.1139/v76-493

    56. [56]

      Miyamae, H.; Numahata, Y.; Nagata, M. Chem. Lett. 1980, 9, 663. doi: 10.1246/cl.1980.663

    57. [57]

      Jeon, N. J.; Noh, J. H.; Kim, Y. C.; Yang, W. S.; Ryu, S.; Seok, S. I. Nat. Mater. 2014, 13, 897. doi: 10.1038/nmat4014

    58. [58]

      Rong, Y.; Tang, Z.; Zhao, Y.; Zhong, X.; Venkatesan, S.; Graham, H.; Patton, M.; Jing, Y.; Guloy, A. M.; Yao, Y. Nanoscale 2015, 7 (24), 10595. doi: 10.1039/C5NR02866C

    59. [59]

      Lee, J. W.; Dai, Z.; Lee, C.; Lee, H. M.; Han, T. H.; De Marco, N.; Lin, O.; Choi, C. S.; Dunn, B.; Koh, J. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 6317. doi: 10.1021/jacs.8b01037

    60. [60]

      Zhang, X.; Han, D.; Wang, C.; Muhammad, I.; Zhang, F.; Shmshad, A.; Xue, X.; Ji, W.; Chang, S.; Zhong, H. Adv. Opt. Mater. 2019, 7, 1900774. doi: 10.1002/adom.201900774

    61. [61]

      Chao, L.; Niu, T.; Gu, H.; Yang, Y.; Wei, Q.; Xia, Y.; Hui, W.; Zuo, S.; Zhu, Z.; Pei, C., et al. Research 2020, 2616345. doi: 10.34133/2020/2616345

    62. [62]

      Chao, L.; Xia, Y.; Li, B.; Xing, G.; Chen, Y.; Huang, W. Chem 2019, 5, 995. doi: 10.1016/j.chempr.2019.02.025

    63. [63]

      Lin, Y. H.; Sakai, N.; Da, P.; Wu, J.; Sansom, H. C.; Ramadan, A. J.; Mahesh, S.; Liu, J.; Oliver, R. D. J.; Lim, J., et al. Science 2020, 369, 96. doi: 10.1126/science.aba1628

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  37
  • 文章访问数:  1482
  • HTML全文浏览量:  421
文章相关
  • 发布日期:  2021-04-15
  • 收稿日期:  2020-08-19
  • 接受日期:  2020-09-15
  • 修回日期:  2020-09-14
  • 网络出版日期:  2020-09-17
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章