Science：层状钙钛矿纳米线

一、【科学背景】

二维(2D)钙钛矿可以在溶液中合成，形成一维氢键有机网络。这些纳米线具有可定制的长度和高质量的空腔，为研究层状钙钛矿中的各向异性激子行为、光传播和激光提供了理想的平台。目前，二维(2D)钙钛矿纳米线的生长仅限于(BA)₂PbI₄的气相生长，其中BA是丁铵，或(BA)₂(MA)_n−1Pb_nI_3n+1的光刻模板液相生长，其中MA是甲基铵，层数n为2到5。这些方法具有较高的加工复杂性和成本，以及有限的可扩展性和设计灵活性。值得注意的是，层状钙钛矿的结构启发了使用大体积有机间隔体来调控能隙和分子间π相互作用。层状金属卤化物钙钛矿可以在溶液中合成，并且通过改变它们的组成调控光学和电子性质。

二、【科学贡献】

近期，普渡大学窦乐添教授团队报道了一种分子模板方法，它能够限制了钙钛矿晶体沿除[110]以外的所有晶体方向生长，促进了一维方向生长。研究者认为该方法能够广泛适用于合成具有大宽高比和可调有机-无机化学成分的高质量层状钙钛矿纳米线。这些纳米线形成了非常明确和灵活的空腔，表现出比传统钙钛矿纳米线更广泛的不同寻常的光学特性。研究者观察到各向异性发射偏振、低损耗波导和有效的低阈值光放大。

图1 基于不同有机阳离子的层状[PbBr₄]₂-钙钛矿的形态和晶体结构比较

图2 使用(BrCA₃)₂PbBr₄阐述2D钙钛矿纳米线的生长机制以及形态和光学性质

图3 层状2D和准2D钙钛矿纳米线的扩展库

图4各向异性发射偏振

图5 波导和激光

• 三、【创新点】

在这项研究中，研究者们通过在有机分子之间引入强烈的相互作用来控制层状钙钛矿的生长形状。在本文实验中，研究者使用了一种名为COOH二聚体的分子，在材料的有机层内部增强了单向的连接。令人意外的是，这种单向性影响到了整个组装系统。研究者们发现，通过使用平面内定向的氢键来排列分子，可以引导材料的形成。这些氢键还能与周围的水分子形成更强的联系，从而推动材料表面形成对称的结构。

研究者精心调控了氢键的排列和材料的生长方向，实现了平衡的生长条件，并成功制备了高质量的纳米线。这些基于BrCA₃的二维钙钛矿纳米线显示出了不同寻常的光学特性。由于层状卤化物钙钛矿的独特激子性质，它们能够轻松地观察和控制极化发射特性。

四、【科学启迪】

对二维钙钛矿前驱体溶液进行定制化的分子模板法可以有效的控制二维钙钛矿材料的生长取向，从而制备出具有出色的腔体特性的层状钙钛矿纳米线光波导，可用作具有低传播损耗系数的活性波导，并与其他系统相比，实现低阈值的光放大。

文章详情：http://www.science.org/doi/10.1126/science.adl0920