無機有機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體性能，近年來已經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一步發(fā)展的一個問題。在鉛鹵素鈣鈦礦材料中，利用三價金屬(In3+、Bi3+、Sb3+)和一價金屬(Cu+、K+、Na+、Li+、Ag+)取代有毒元素Pb2+，構筑金屬鹵素雙鈣鈦礦雜化材料，是一個設計合成非鉛無機有機雜化鈣鈦礦材料的有效手段和策略。同時，這類材料還具有長的載流子壽命、高的缺陷容忍度、低的激子結合能等特點，有望促進高性能綠色光電材料的進一步發(fā)展。

中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室“無機光電功能晶體材料”研究員羅軍華團隊在國家自然科學基金重點項目、國家杰出青年基金、中科院基礎前沿0-1原始創(chuàng)新項目及中科院戰(zhàn)略性先導專項等資助下，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無機有機雜化“光鐵電半導體”(n-propylammonium)2CsAgBiBr7。研究表明，金屬鹵素八面體扭曲和有機陽離子的有序化協(xié)同誘導了化合物的鐵電自發(fā)極化；與此同時，該材料對本征吸收區(qū)的光輻射展現(xiàn)了良好的光電探測性能，表現(xiàn)出大的光電探測開/關比(104)，快速的響應時間(141 μs)和高的探測率(5.3 × 1011Jones)。該工作為設計非鉛“光鐵電半導體”材料提供了一種全新的策略。相關研究成果以通訊形式發(fā)表《德國應用化學》(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)極化能在外電場作用下翻轉的功能材料，其研究涉及相變、對稱性破缺、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、電光效應和高介電常數(shù)等性能，在存儲、超聲、光電子技術方面具有重要的應用。此前，團隊從研究分子運動引起物質結構相變開始（Adv. Fuct. Mater., 2012, 22, 4855），進一步利用固體對稱性破缺結構相變誘導產生極化效應的設計策略構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）；同時由于無機有機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w性能，團隊從深入研究無機有機雜化半導體的光電性能入手（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），進一步在無機有機雜化半導體里引入鐵電性，利用半導體對光場的響應結合鐵電極化產生的體光伏效應創(chuàng)新性地提出和開展“無機有機雜化光鐵電半導體”的研究，在無機有機雜化“光鐵電半導體”材料的結構設計、晶體生長、光電器件組裝、光電性能調控等方面開展系統(tǒng)深入的研究并取得系列創(chuàng)新性研究進展，實現(xiàn)鐵電光伏效應，多軸鐵電光伏，并進一步利用鐵電光伏效應實現(xiàn)自驅動光電探測和大偏振比偏振光電探測（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）。