2024年 4月16 日，Advanced Materials发表了武汉大学方国家教授、柯维俊教授、华中科技大学傅华华教授以及武汉纺织大学姚方副教授关于二维钙钛矿中层间有机间隔物诱导的多重氢键以实现高效光电探测器件的最新研究成果。论文题为“Spacer Conformation Induced Multiple Hydrogen Bonds in 2D Perovskite Toward Highly Efficient Optoelectronic Devices”(Adv. Mater. 2024, 2313889)。博士生董开连为论文第一作者，方国家教授、柯维俊教授、傅华华教授以及姚方副教授为共同通讯作者，武汉大学物理科学与技术学院为第一署名作者单位。
与传统的三维钙钛矿相比，二维（2D）钙钛矿具有许多独特优势，包括优异稳定性、抑制离子迁移和各向异性电荷输运等等。根据晶体学定义，二维钙钛矿可分为Ruddlesden-Popper (RP)型和Dion-Jacobson (DJ)型。2D DJ钙钛矿在探测方面通常优于RP钙钛矿，但对DJ型钙钛矿的研究明显滞后与RP型钙钛矿，并且有机阳离子对2D DJ钙钛矿结构和光电性能的影响很少受到关注。该工作中，研究人员详细研究了2D钙钛矿中有机间隔层对光电性能的影响，理论分析发现2D DJ DPAPbBr4 (DPB, DPA = NH3C5H10NH3)钙钛矿晶体存在由层间分子构象诱导的多重氢键的有趣而独特的现象。此外，DPB晶体还存在两种氢键类型:N-H∙∙∙Br和C-H∙∙∙Br。DPB中氢键数量的增加增强了晶格刚度，有利于载流子输运，从而改善了光电性能。随后，我们合成了微米和厘米尺寸DPB钙钛矿单晶用于研究其在紫外和X射线辐照下的光电特性。紫外探测方面，C/DPB/C结构探测器具有~ 10-14 A的低暗电流，4.89 × 104的高开关比和高达154 dB的超宽线性动态范围。此外，即使在极弱的光照条件下，这些器件也表现出出色的响应，并且得到了高分辨的弱光成像图像。在X射线方面，Au/DPB/Au表现出灵敏的响应，检测极限为1.44 μGyair/s，灵敏度可达663 μC Gyair-1 cm-2。该工作为探索2D DJ钙钛矿在未来制造高效光电应用提供了思路。
另讯，近日团队在《ACS Nano》（2024, 18:6095-6110）发表了一篇题为“Micro/Nano Perovskite Materials for Advanced X-ray Detection and Imaging”（用于先进X射线探测与成像的微/纳钙钛矿材料）的综述文章。 X射线具有强大的穿透能力，因此在医学诊断、安全筛查、工业产品的无损检测以及食品行业的质量检查和科学研究等各个领域都被广泛应用，能够非破坏性地探测物质内部信息。无论在何种情况下，人们都希望能够以更低的X射线剂量获得可分辨的检测结果。在医学诊断中，特别是需要将X射线检测限降至最低以减少X射线照射可能对人体造成的潜在危害。卤化物钙钛矿因其出色的特性而成为辐射探测领域的高度有前途的材料，这些特性包括大的迁移寿命乘积、强大的射线吸收能力、可调节的带隙和通过溶液工艺进行的经济高效的晶体生长。目前，采用各种微/纳米钙钛矿材料的半导体型X射线探测器在提高灵敏度和降低检测限方面取得了令人瞩目的进展。首先，全面回顾了微/纳米钙钛矿材料用于直接型X射线检测的应用，聚焦先进直接型X射线探测器中微/纳米晶体制备与生长和器件特性；然后详细探讨了应用于钙钛矿X射线探测器的多种微/纳加工技术和光电特性因素。最后，展望了钙钛矿X射线探测器阵列在实际应用中面临的挑战和有前景的机会，并分析列举了未来可能需要进一步解决和可能的研究方向。 物理科学与技术学院姚方博士和董开连博士生为文章共同第一作者，方国家教授为文章通讯作者。
上述研究得到了国家自然科学基金委、湖北省科技厅、广东省基础研究计划相关项目的支持。感谢武汉大学科研公共服务平台提供的表征等支持。
文章链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202313889
https://doi.org/10.1021/acsnano.3c10116
