调整单晶层状钙钛矿异质结构的量子阱结构

《Journal of the American Chemical Society》：Tuning the Quantum-Well Structure of Single-Crystal Layered Perovskite Heterostructures

单晶层状钙钛矿异质结构1_Na和1_Li（M=Na/Li）中，铅氯酸层与铅氯酸四配位层交替排列，水分子填充空隙。光学显示宽禁带及双激发态特征，SHG强度显著。计算表明1_Na为Type-I量子阱（电子-空穴同层），而1_Li为Type-II（异层分布），能带排列受金属离子和水分子取向调控，为溶液自组装异质结构提供新途径。

　　

单晶层状钙钛矿异质结构为实现近期在机械堆叠单层材料中观察到的新型性质提供了一个可扩展的平台。我们报道了两种新的层状钙钛矿异质结构 M₂(PbCl₂)(AMCHC)₂(PbCl₄)·2H₂O（记为 1_M），其中 M = Na⁺、Li⁺；AMCHC = NH₃CH₂C₆H₁₀COO^–），这些异质结构属于手性极性空间群 C2。这些异质结构由铅氯钙钛矿层与另一种由 PbCl₄(η²-COO)₂ 多面体组成的生长层交替排列而成，PbCl₄ 多面体之间通过赤道位置的氯化物和轴向氧配体连接。小的碱金属阳离子和水分子占据生长层中多面体之间的空腔。这些异质结构具有宽的带隙，在其光谱中显示出两个间距较近的激子峰，并且具有强烈的二次谐波产生能力。对 1_Na 的计算表明其具有 I 型量子阱结构，其中最低激发态的电子-空穴关联函数表明电子-空穴对局限于同一无机层内（层内激子），这与典型的层状卤化物钙钛矿特征一致。相比之下，对 1_Li 的计算显示其具有 II 型量子阱结构，最低激发态的电子和空穴位于不同的无机层中（层间激子）。对模型复合物的计算表明，这种从 I 型到 II 型量子阱结构的带对齐变化是由碱金属的位置和水分子的取向所驱动的，这些因素改变了异质结构的静电势能分布。因此，这项研究为调控溶液中自组装的块状钙钛矿异质结构中钙钛矿带与生长层带的排列方式奠定了基础。