福建物构所非铅钙钛矿异质结应用于自驱动X射线研究获进展
更新日期：2022-01-06
图：外延生长非铅双金属杂化钙钛异质结晶实现自驱动X射线探测
X射线探测器是一种将高能量X射线转换为可供记录的电信号的装置，其在医疗诊断、安检、环境监测等领域有着广阔的应用。近年来，金属卤化物杂化钙钛矿材料在X射线探测领域受到了广泛关注。然而，大部分用于X射线探测的钙钛矿异质结材料的都含有毒的金属元素铅。因此，在保证良好的X射线响应的前提下，急需发展环境友好的新型钙钛矿异质结材料。
在前期工作基础上（Natl. Sci. Rev. 2021, 8, nwab044; ACS Cent. Sci. 2021, 7, 1261），中科院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室“无机光电功能晶体材料”罗军华研究员团队提出了一种原位外延的生长方法，化学设计并生长出一类新型的二维/三维非铅双金属杂化钙钛矿异质结晶体材料，(BA)2CsAgBiBr7/Cs2AgBiBr6 (BA = 正丁基铵)，并首次利用这一材料体系实现有效自驱动X射线探测。研究结果表明：1）非铅杂化钙钛矿晶体异质结的构筑可以有效地整合二维、三维双金属杂化钙钛矿的各自特性。所获得的异质结晶体材料不仅具有三维材料优异的X射线响应，包括大的μτ乘积、高光生载流子浓度和高载流子迁移率；而且表现出二维材料的高稳定性。2）进一步，由于(BA)2CsAgBiBr7与Cs2AgBiBr6两相间的有效电荷传输作用，在异晶界面处产生了强内建电场。该内建电场使得器件能在零偏压下工作的同时促进光生载流子的有效分离。综合以上优势，基于该非铅双金属异质结晶体材料的自驱动X射线探测器表现出优异的X射线响应，其灵敏度高达206 μC Gy-1cm-2。相关结果以“In-Situ Epitaxy Growth of Centimeter-Sized Lead-Free (BA)2CsAgBiBr7/Cs2AgBiBr6 Heterocrystals for Self-Driven X-Ray Detection”为题发表在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI：10.1021/jacs.1c08959）。该论文的第一作者为国科大博士研究生张馨元。
（罗军华课题组供稿）