综述:混合价态卤化物钙钛矿

【字体: 时间:2025年05月07日 来源:Coordination Chemistry Reviews 20.3

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  这篇综述系统探讨了混合价态(mixed-valence)在卤化物钙钛矿(ABX3)中的设计策略与电子调控机制,重点分析了不同价态金属(如Ag/Au/Sb)的间隔电荷转移(IVCT)对材料光学、输运性能的影响,为开发新型光电器件(如太阳能电池、LED)提供了理论框架。

  

混合价态卤化物钙钛矿的电子调控与功能设计

配体场理论:理解固体中带边跃迁的强效模型
卤化物钙钛矿(ABX3)的电子结构可通过B位金属的配位环境精确调控。其晶格由BX6八面体构成骨架,A位阳离子填充空隙,形成独特的电荷传输通道。配体场理论(Ligand-field theory)揭示了金属d轨道与卤素(X=Cl/Br/I)p轨道的杂化机制,为能带工程提供了关键依据。

三维钙钛矿中的混合价态
Ag、Au、Tl等金属在三维钙钛矿中可自发形成混合价态(如Au+/Au3+),通过间隔电荷转移(IVCT)产生近红外吸收和金属-绝缘体转变。例如,Au基钙钛矿在高压下呈现电子离域,而Sb3+-Sb5+耦合则通过动态价态波动调控载流子迁移率。

二维钙钛矿的限域效应
有机隔层将三维结构压缩为二维片层,使Cu+/Cu2+等混合价态体系的IVCT仅能在平面内发生。这种维度限制显著增强了激子结合能,为设计柔性发光器件开辟新途径。

亚化学计量掺杂策略
非整比掺杂(如Sn4+被Sb3+-Sb5+替代)可在宽浓度范围内调节载流子浓度,实现从半导体到类金属导电性的连续转变。

展望:未开发的化学空间
目前仅探索了不到20%的潜在B位金属组合,未来可通过高压合成、机器学习等手段加速发现新型混合价态体系,特别是在拓扑量子材料与自旋电子学领域的应用。

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