一个甲酸根，成就2篇Nature！
纳米人
2021-04-15
2020年10月14日，厦门大学郑南峰教授、傅钢教授和北京大学江颖教授及其合作研究人员在Nature报道了一种有效的表面配位化学钝化的策略，可以实现从Cu箔到Cu纳米线等各种尺度Cu材料的抗氧化。研究表明，这种独特的铜防腐技术，甲酸根起到重要作用。在甲酸钠的作用下，Cu表面重构为Cu(110)，并形成了长程有序且致密的由甲酸铜二聚体和O2-(或氢氧根)构成分子钝化层。这种独特的表面配位结构有效阻碍了O2在表面的吸附和活化，同时不影响Cu的本征导电和导热性质。今天，这个甲酸根阴离子，在另一个领域，也发挥重要作用！
第一作者：Jaeki Jeong, Minjin Kim, Jongdeuk Seo, Haizhou Lu通讯作者：Jin Young Kim, Michael Grätzel, Anders Hagfeldt, Dong Suk Kim通讯单位：韩国蔚山科学技术院（UNIST），瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL），韩国能源研究所（KIER）ABX3形式的金属卤化物钙钛矿，在吸收光能量、薄膜光伏器件领域中受到广泛关注，具有较高的应用前景。ABX3型钙钛矿的组成众多，其中传统立方α-晶相的FAPbI3在各种组成中作为太阳能电池材料的效率和稳定性都比较优异，因此有效的优化其性能对于钙钛矿太阳能电池相关研究而言非常关键。有鉴于此，韩国蔚山科学技术院（UNIST）Jin Young Kim，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）Michael Grätzel、Anders Hagfeldt，韩国能源研究所（KIER）Dong Suk Kim等合作在Nature上于2021年4月5日上线相关最新工作进展。该论文中作者通过一种“阴离子工程”，通过类卤阴离子HCOO-实现了消除钙钛矿薄膜、晶界中的阴离子缺陷位点，提高了钙钛矿薄膜的晶化度。通过HCOO-类卤素阴离子工程处理的电池最高效率达到25.6 %（认证电池效率达到25.2 %），能够进行长达450 h的稳定工作，电致荧光强度的外量子效率达到10 %。本文为消除钙钛矿太阳能薄膜中大量有害晶格缺陷提供了一种直接的方法，为改善溶液合成钙钛矿薄膜提高性能给出了解决方案。Br-、Cl-、SCN-目前是比较常用的改善钙钛矿薄膜晶化度、稳定性的阴离子。HCOO-作为类卤素阴离子在MAPbI3基钙钛矿太阳能电池中得以应用，有两篇报道指出MAHCOO通过调控钙钛矿薄膜的生长改善MAPbI3薄膜的质量，但是也有人认为HCOOH改善了含MA钙钛矿薄膜的晶化速率。总之，以往相关博爱到中主要从甲酸改善薄膜MAPbI3的形貌、晶化、生长过程。目前对HCOOH改善钙钛矿薄膜的基本过程并未得到很好的理解。作者在本文工作中研究了HCOO-阴离子在消除卤素缺陷，具体消除FAPbI3中的晶格缺陷作用，从而在钙钛矿薄膜电池中实现了超过25 %的效率、电致荧光外量子效率超过10 %（对照组的量子效率仅仅2.2 %）。此外，发现HCOO-能够对影响稳定性的碘离子移动过程产生干扰。HCOO-的离子粒径较小，能够消除碘缺陷位点，改善了光生载流子的非辐射复合行为，对填充因子、Voc都起到改善作用。当在溶液中加入2 % FAHCOO，有效的改善FAPbI3薄膜的晶化度、FAPbI3晶粒的粒径。作者通过分子动力学模拟、固体NMR、太阳能电池器件的光电性质测试，对HCOO-阴离子钝化FAPbI3钙钛矿器件的作用进行研究，为实现接近理论电池效率极限提供了一种有效的简单方案。Jeong, J., Kim, M., Seo, J. et al. Pseudo-halide anion engineering for α-FAPbI3 perovskite solar cells. Nature (2021).DOI: 10.1038/s41586-021-03406-5https://www.nature.com/articles/s41586-021-03406-5
