無(wú)機(jī)有機(jī)雜化鉛鹵素鈣鈦礦鐵電材料具有優(yōu)異的鐵電性能和半導(dǎo)體性能，近年來(lái)已經(jīng)成為光電功能材料的前沿研究方向。然而該類材料中鉛毒性一直是困擾其進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)問題。在鉛鹵素鈣鈦礦材料中，利用三價(jià)金屬(In3+、Bi3+、Sb3+)和一價(jià)金屬(Cu+、K+、Na+、Li+、Ag+)取代有毒元素Pb2+，構(gòu)筑金屬鹵素雙鈣鈦礦雜化材料，是一個(gè)設(shè)計(jì)合成非鉛無(wú)機(jī)有機(jī)雜化鈣鈦礦材料的有效手段和策略。同時(shí)，這類材料還具有長(zhǎng)的載流子壽命、高的缺陷容忍度、低的激子結(jié)合能等特點(diǎn)，有望促進(jìn)高性能綠色光電材料的進(jìn)一步發(fā)展。

中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“無(wú)機(jī)光電功能晶體材料”研究員羅軍華團(tuán)隊(duì)在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家杰出青年基金、中科院基礎(chǔ)前沿0-1原始創(chuàng)新項(xiàng)目及中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)等資助下，基于三維鈣鈦礦材料CsPbBr3，首次制備出二維雙層非鉛雙金屬鹵素?zé)o機(jī)有機(jī)雜化“光鐵電半導(dǎo)體”(n-propylammonium)2CsAgBiBr7。研究表明，金屬鹵素八面體扭曲和有機(jī)陽(yáng)離子的有序化協(xié)同誘導(dǎo)了化合物的鐵電自發(fā)極化；與此同時(shí)，該材料對(duì)本征吸收區(qū)的光輻射展現(xiàn)了良好的光電探測(cè)性能，表現(xiàn)出大的光電探測(cè)開/關(guān)比(104)，快速的響應(yīng)時(shí)間(141 μs)和高的探測(cè)率(5.3 × 1011Jones)。該工作為設(shè)計(jì)非鉛“光鐵電半導(dǎo)體”材料提供了一種全新的策略。相關(guān)研究成果以通訊形式發(fā)表《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI:10.1002/anie.201916254)上。

鐵電材料是一類具有自發(fā)極化并且自發(fā)極化能在外電場(chǎng)作用下翻轉(zhuǎn)的功能材料，其研究涉及相變、對(duì)稱性破缺、極性、自發(fā)極化，并由此具有非線性倍頻、壓電、熱釋電、鐵電、撓曲電、電光效應(yīng)和高介電常數(shù)等性能，在存儲(chǔ)、超聲、光電子技術(shù)方面具有重要的應(yīng)用。此前，團(tuán)隊(duì)從研究分子運(yùn)動(dòng)引起物質(zhì)結(jié)構(gòu)相變開始（Adv. Fuct. Mater., 2012, 22, 4855），進(jìn)一步利用固體對(duì)稱性破缺結(jié)構(gòu)相變誘導(dǎo)產(chǎn)生極化效應(yīng)的設(shè)計(jì)策略構(gòu)筑了一系列極性光電晶體材料（Angew. Chem., Int. Ed., 2012, 51, 3871; Angew. Chem., Int. Ed, 2018, 57, 9833; J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 15560; J. Am. Chem. Soc., 2017, 139,15900; Adv. Mater., 2013, 25, 4159; Adv. Mater., 2015, 27, 4795; Chem. Mater., 2015, 27, 4493; Chem. Mater., 2017, 29, 3251）；同時(shí)由于無(wú)機(jī)有機(jī)雜化金屬鹵素鈣鈦礦材料具有高吸光和優(yōu)良的載流子傳輸?shù)劝雽?dǎo)體性能，團(tuán)隊(duì)從深入研究無(wú)機(jī)有機(jī)雜化半導(dǎo)體的光電性能入手（Angew. Chem., Int. Ed, 2019,58, 15757; Angew. Chem., Int. Ed, 2020, 59, 3429; J. Am. Chem. Soc, 2019, 141, 12197; Small, 2019, 15, 1901194; Small, 2020, 16, 1907020; Chem.Mater, 2018, 30, 408; Chem. Mater, 2019, 31, 5927; Laser Photonics Rev, 2018, 12, 1800060; Chem. Soc. Rev, 2019, 48, 517），進(jìn)一步在無(wú)機(jī)有機(jī)雜化半導(dǎo)體里引入鐵電性，利用半導(dǎo)體對(duì)光場(chǎng)的響應(yīng)結(jié)合鐵電極化產(chǎn)生的體光伏效應(yīng)創(chuàng)新性地提出和開展“無(wú)機(jī)有機(jī)雜化光鐵電半導(dǎo)體”的研究，在無(wú)機(jī)有機(jī)雜化“光鐵電半導(dǎo)體”材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、晶體生長(zhǎng)、光電器件組裝、光電性能調(diào)控等方面開展系統(tǒng)深入的研究并取得系列創(chuàng)新性研究進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)鐵電光伏效應(yīng)，多軸鐵電光伏，并進(jìn)一步利用鐵電光伏效應(yīng)實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)光電探測(cè)和大偏振比偏振光電探測(cè)（Angew. Chem., Int. Ed., 2016, 55, 6545；Angew. Chem., Int. Ed., 2016, 55, 11845；Angew. Chem., Int. Ed., 2017, 56, 12150；Angew. Chem. Int. Ed, 2018, 57, 8140；Angew. Chem., Int. Ed, 2018, 57, 16764;Angew. Chem. Int. Ed, 2019, 58, 14504; Angew. Chem. Int. Ed, 2020, 59, 3933; J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 6806；J. Am. Chem. Soc, 2019, 141, 2623; J. Am. Chem. Soc, 2019, 141, 3812; J. Am. Chem. Soc, 2019, 141, 7693; J. Am. Chem. Soc, 2019, 141, 12470; J. Am. Chem. Soc, 2020, 142, 55; J. Am. Chem. Soc, 2020, 142, 1159; Adv. Func. Mater, 2018, 28, 1705467; Adv. Funct. Mater, 2019, 1805038; Adv. Funct. Mater, 2020, 1905029）。