CCS Chemistry | “合成后”化学反应实现二维钙钛矿晶体相互转变

中山大学杨振宇课题组利用有机硫醇类化合物作为配体，通过“合成后”（postsynthetic）化学反应实现了二维MHP晶体之间的相互转变。

金属卤化物钙钛矿（MHP）材料具有良好的可调谐性、高载流子迁移率和制备简单等特点，广泛应用于光伏器件和发光设备领域。与传统的三维MHP结构不同，二维MHP材料在引入大型有机铵阳离子后，可以通过配体阳离子的作用更好地调节材料的晶体结构和光物理性质。由于有机阳离子间存在较弱的范德华力而且二维MHP的离子晶体结构容易在极性溶剂中分解，目前大部分二维MHP晶体均是事先调配好含有各种前驱体的溶液并通过直接结晶法所获得，而通过“合成后”化学反应实现二维MHP晶体间的相互转换则少有报道。

 图1

近期，中山大学杨振宇课题组利用有机硫醇类化合物作为配体，通过“合成后”（postsynthetic）化学反应实现了二维MHP晶体之间的相互转变。在这项工作中，作者首先制备了三种含有巯基配体的二维MHP单晶并利用单晶衍射测试确定其结构（图1）。利用其配体中的巯基基团活泼的化学性质，通过后处理溶液中的还原、缩合等反应在常温下实现了四条二维MHP单晶相互转变的有效途径（图2a），并通过粉末X射线衍射和核磁共振碳谱分析监测晶体结构和配体化学成分的成功转变（图2b-f）。

图2

作者进一步通过计算化学工具分析了这些MHP晶体的光学性质和电子结构（图3）。通过态密度计算结果说明由于配体中硫原子对带边贡献的不同使得三种晶体的光学性质各不相同，相信研究具有相似配体的二维结构的性质有利于对MHP材料的深入开发和拓展应用。

图3

综上所述，该研究工作首次通过四种不同的“合成后”溶液反应实现了三种二维MHP晶体之间的相互转变。此项研究得到了国家自然科学基金、广东省科技厅、中山大学、加拿大约克大学、加拿大自然科学与工程研究委员会的资助，计算化学工作由国家超级计算广州中心“天河二号”提供支持。该工作最近以Communication的形式发表在CCS Chemistry上，已在官网“Just Published”栏目上线。

文章详情：

Postsynthetic Crystalline Transformation in Two-Dimensional Perovskites via Organothiol-Based Chemistry

Zilong Yuan†, Liang Zhao†, Ekadashi Pradhan, Ming Lai, Tao Zeng and Zhenyu Yang*

Citation：CCS Chem. 2021, 3, 1276–1284

文章链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.021.202100929

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