【材料】缺陷诱导CsPbX3纳米晶结构相变

来源：X一MOL资讯

全无机卤化铅铯（CsPbX3）纳米晶因其具有带隙可调、发光效率高等优异的性能，引起了国内外众多研究者的高度关注。众所周知，材料的性能与其结构相变密切相关。以往的研究表明，相变可以引起MAPbI3电导率等性能的改变，从而引起器件性能的变化。虽然钙钛矿单晶和杂化钙钛矿多晶的结构及相变的研究较为广泛，但人们对CsPbX3钙钛矿纳米晶结构及相变的认识还非常浅陋。随着CsPbX3纳米晶在器件领域的广泛应用，对其结构及相变的深入研究显得格外重要。

近日，苏州大学材料与化学化工学部孙洪涛教授课题组与阿卜杜拉国王科技大学Omar F. Mohammed教授课题组及其他合作者通过对比缺陷浓度不同的两种CsPbCl3纳米晶相变过程并结合分子动力学模拟，发现了缺陷诱导CsPbX3纳米晶相变的机制。

研究者以两种不同缺陷浓度、尺寸相近的CsPbCl3纳米晶作为研究对象。虽然变温同步辐射X射线衍射表明纳米晶存在可逆相变，但详细的结构分析表明：在室温时，缺陷浓度高的纳米晶以立方相的形式存在，而缺陷浓度低的以正交相和立方相两相共存的形式存在；从室温逐步降温，两种纳米晶的立方相都展现出向正交相转变的趋势，有趣的是缺陷浓度高的比缺陷浓度低的纳米晶相变程度剧烈，前者在100 K时正交相占96.2%，而后者中正交相占75.3%。为了深入理解这一现象，研究者们分别对完美的和存在缺陷的CsPbCl3纳米晶进行分子动力学模拟。结果表明，完美的CsPbCl3纳米晶趋向于形成正交相，而当存在大量Cl缺陷时，这些缺陷会促进纳米晶晶格应力的释放，导致出现准立方相。这也是缺陷浓度高的样品室温为准立方相而缺陷浓度低的样品为两相共存的原因。另外，分子动力学模拟表明，随着温度的降低，缺陷较多的纳米晶中大量远离缺陷处的Pb-Cl-Pb键发生严重的畸变，导致晶格剧烈收缩，从而导致较快的由立方相向正交相的转变；而缺陷较少的纳米晶，由于仅少量Pb-Cl-Pb发生畸变，因而延缓了这种转变过程（图1）。

图1. 缺陷诱导相变过程

以上结果充分表明，缺陷影响CsPbCl3纳米晶的结构及相变。此外，研究者们进一步研究了缺陷浓度不同的CsPbBr3纳米晶的相变过程。研究结果表明CsPbBr3纳米晶也存在与CsPbCl3纳米晶类似的可逆及缺陷相关的相变行为。这一结果进一步表明了缺陷诱导相变机制在钙钛矿纳米晶中具有一定的普适性。

以上研究结果阐明了结构缺陷与CsPbX3纳米晶相变行为的内在联系，发现了缺陷诱导相变的机制。这一研究不仅加深了人们对CsPbX3纳米晶结构及相变的认知，而且对于深入理解其低温光学行为具有重要的意义。