《JACS》封面：高压调控实现二维卤化物钙钛矿光电性能提升！

       二维（2D）卤化物钙钛矿具有独特且可调控的光电特性和优于三维（3D）体系的稳定性，在光伏器件、发光二极管和光电探测器等领域均具有巨大的应用前景。近些年来二维钙钛矿新材料的开发与优化已经取得了重大进展，但仍存在一些关键性问题亟待解决，比如结构调控如何影响其激子（电子-空穴对）特性等。对结构物性关系的深入理解是可控设计合成高性能新材料的关键，需要合适的材料体系，有效的调节手段和先进的原位表征方法。

        北京高压科学研究中心（HPSTAR）吕旭杰研究员课题组与美国西北大学Kanatzidis教授团队等合作，利用高压技术对全无机2D钙钛矿Cs2PbI2Cl2的晶体结构和激子特性进行了有效的调控，实现了其光电性能的大幅提升并系统研究了其构性关系。相关成果以题为“Enhanced Photocurrent of All-Inorganic Two-Dimensional Perovskite Cs2PbI2Cl2 via Pressure-Regulated Excitonic Features”近期发表于Journal of the American Chemical Society, 并被选为当期的封面文章。北京高压科学研究中心的郭嵩蒿博士为文章的第一作者，吕旭杰研究员为文章的通讯作者。

       论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c11730

       与有机-无机杂化二维钙钛矿相比，全无机2D钙钛矿Cs2PbI2Cl2具有明显小的层间距离，它赋予了该材料独特的激子特性。该团队通过高压调控显著提升了Cs2PbI2Cl2的光电性能，与初始数值相比，在2 GPa的压力下实现了其光电导三个数量级的增加。多种原位实验表征手段和第一性原理计算结果表明压力对Cs2PbI2Cl2的激子性能的改变而导致了其光电性能的提升。

      “Cs2PbI2Cl2介电限域在压缩过程中被大幅抑制，从而降低对电子与空穴之间库仑相互作用的屏蔽效应，因此，Cs2PbI2Cl2的激子结合能从常压的133 meV降至2 GPa下的78 meV，达到与典型3D卤化物钙钛矿接近的值，”吕旭杰研究员解释到。进一步的压缩会引起Cs2PbI2Cl2晶体结构中的[PbI2Cl4]八面体的滑动，最终导致了Cs2PbI2Cl2晶体结构的转变。有趣的是，在Cs2PbI2Cl2相变过程中，由于[PbI2Cl4]八面体沿滑动方向收缩而在垂直于滑动方向膨胀，因此Cs2PbI2Cl2最终表现为负线性的压缩，这也是首次在卤化物钙钛矿材料中观察到了异常的负线性压缩现象。

图1. Cs2PbI2Cl2中压力诱导的光电导增强和激子结合能降低

      “我们利用压力来调控二维卤化物钙钛矿的激子特性，使得其可以获得像三维钙钛矿的一样优异的光电特性，同时不会失去其独特的优势，这使这些二维材料在光伏和光电探测器中具有更好的前景，”吕旭杰研究说到。