【人物与科研】华中科技大学李德慧教授课题组Advanced Materials：手性钙钛矿研究进展——材料、合成与性能

导语

手性材料是一种具有内在反演对称结构的材料，其具有众多独特的物理化学特征，包括圆二色性、圆偏振光致发光、非线性光学、铁电性和自旋电子学等。卤素钙钛矿由于其优异的光学和电学性能而备受关注，特别在太阳能电池中实现高功率转换效率。最近的研究表明，手性可以从手性有机配体转移到卤化物钙钛矿中，从而使得钙钛矿本身具备手性的特征，这为设计下一代光电和自旋电子器件提供了理想的材料。近日，华中科技大学李德慧教授课题组对近年来手性钙钛矿的晶体结构、合成方法与物理性能进行总结，并提出手型钙钛矿未来的研究方向。相关成果发表于Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.202008785）。

李德慧教授课题组简介

华中科技大学李德慧教授课题组成立于2016年9月，隶属于华中科技大学光学与电子信息学院，依托武汉光电国家研究中心，目前该团队拥有博士后、博士生、硕士生等20余人。课题组成立以来主要专注于新型功能半导体纳米材料的设计和制备，系统研究其光学和电学等物理性质，开发其在纳米光子学、纳米电子学和纳米光电子学上的应用。近年来，该团队在Nature、Sci. Adv.、Nature Commun.、Adv. Mater.、ACS nano、Nano letter等高水平杂志上发表论文90多篇。指导的研究生已多人次获得三好研究生、优秀毕业生、优秀研究生干部、国家奖学金、光电学子以及知行奖学金等奖项。热烈欢迎对激光光谱学、半导体光学、二维材料和光电子器件等方面感兴趣的本科生、研究生和博士后加入本课题组。

李德慧教授简介

李德慧，华中科技大学光学与电子信息学院，武汉光电国家研究中心，教授，博士生导师；2006年本科毕业于西安交通大学，2009年硕士毕业于中科院近代物理研究所，2013年博士毕业于新加坡南洋理工大学，随后在美国加州大学洛杉矶分校从事研究工作；2016年获国家高层次人才项目加入华中科技大学，从事新型功能半导体纳米材料的设计和制备以及系统研究其光学和电学等物理性质，开发其在纳米光子学、纳米电子学和纳米光电子学上的应用。到目前为止，已经在《自然》等国际顶尖的学术期刊上发表论文90多篇。

前沿科研成果

手性钙钛矿研究进展——材料、合成与性能

华中科技大学李德慧教授课题组对近年来手性钙钛矿的结构、合成方法与材料性能进行总结。通过将手性配体分子作为阳离子参与到钙钛矿的合成中所制备出的手性钙钛矿，由于手性分子的引入，在降低钙钛矿维度的同时，还可打破钙钛矿结构的反演对称性，赋予钙钛矿独特的手性结构，使手性钙钛矿在手性光学与光电应用方面具备广阔的应用前景。

随后，课题组对手性钙钛矿合成方法进行总结归纳，目前常用的两种方法分别为直接合成法和手性配体协助法。其中直接合成法是在钙钛矿的合成过程中，利用手性胺配体取代无机一价阳离子，从而生长出具备手性结构的钙钛矿；另通过调节有机胺阳离子与卤化铅等物质比例，可对钙钛矿的生长维度进行调控。手性配体协助法通常是将手性配体修饰到非手性钙钛矿的表面，通过手性配体与非手性的钙钛矿核之间相互作用，从而赋予非手性钙钛矿手性特性。

图1. 手性钙钛矿结构示意图

（来源：Advanced Materials）

手性钙钛矿的手性产生很大程度上取决于钙钛矿的晶体结构。目前的工作中存在着四种不同的诱导机制来解释手性的产生：i) 手性有机分子诱导手性结构，ii) 手性配体与非手性无机结构之间的电子相互作用，iii) 手性分子诱导的手性表面畸变，iv) 表面对映体手性畸变。尽管目前已经提出了众多机制来解释手性的产生，但机理方面的研究还有待进一步的发展。

图2. 手性钙钛矿中的手性产生

（来源：Advanced Materials）

目前，手性钙钛矿的研究主要集中在光学、电学与铁磁特性，其中光学方面主要研究方向为圆二色性、圆偏振光、白光发射与非线性光学效应，电学方面的主要研究方向为铁电、体光伏效应与自旋电子学。最后，文章提出手性钙钛矿的未来研究方向：i)钙制备出大尺寸、无毒和稳定的钙钛矿材料；ii)发展圆偏光LED显示；iii)发展高分辨率的手性成像技术；iv)发展低能耗、高处理速度、高集成度和高安全性的谷电子器件。

图3. 手性钙钛矿圆偏振光探测器

（来源：Advanced Materials）

总结：

这一成果近期发表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2021, 2008785），该论文作者为：Jiaqi Ma、Haizhen Wang、Dehui Li。上述研究工作得到了国家重点研发计划（2018YFA0704403）、国家自然科学基金（62074064）和武汉光电国家研究中心创新基金的资助。