近日,杜克大学、科罗拉多大学博尔德分校、以色列魏茨曼科学研究所、波兰科学院和里尔大学法国国家科研中心的研究人员研究了卤化物钙钛矿在熔融状态和玻璃状态下的局部结构,揭示了这些结构之间的关键联系以及在晶体状态和玻璃状态下观察到的对比特性。
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这项研究的成果增强了科学家对钙钛矿中多种结构模式以及钙钛矿玻璃的结构变化如何影响其特性的理解,为下一代相变材料和设备的进步铺平了道路。
在 2020 年的一项早期研究中,杜克大学团队试图更好地了解玻璃状卤化物钙钛矿——这与传统研究的晶体卤化物钙钛矿有所不同。自 2021 年以来,他们的工作引起了人们的兴趣,从而建立了一个以玻璃形成混合钙钛矿半导体和相关玻璃状混合金属卤化物为中心的新研究领域。
在最近的工作中,该团队利用拉曼光谱、固态核磁共振(NMR)、傅里叶变换红外光谱、原位X射线衍射(XRD)和对分布函数(PDF)分析相结合的方法研究了2D MHP [(S)-(−)-1-(1-萘基)乙基铵]2PbBr4的晶体、玻璃和熔融状态下的配位环境。
虽然结晶态 SNPB 显示出偏振相关的拉曼光谱,但玻璃态和熔融态表现出广泛的特征,并且缺乏偏振依赖性。固态 NMR 表明,由于连接铵基团和连接萘基和铵基团的相应二面角存在显著的空间破坏,玻璃的有机-无机界面处存在无序性,同时仍然保留了大量萘基基团登记和结晶态分层的残余(从 XRD 分析推断)。此外,PDF 分析表明,角共享 PbBr6八面体在熔融/玻璃相的无机框架中仍然存在,但由于八面体间和八面体内键角/长度的无序性,在超过大约一个八面体的长度尺度上结构相干性丧失。
这项研究首次比较了熔融和玻璃态 MHP 中的局部结构(相对于结晶状态),通过综合整合拉曼光谱、固态 NMR、FTIR 和 XRD 以及 PDF 测量实现。这些发现有助于理解不同状态的 MHP 之间的结构差异,并揭示了结构引起的特性变化,这些变化可用于开发下一代储能、内存和计算设备。