传统的钙钛矿材料在太阳能电板、光电器件、催化剂、铁电材料和量子材料等范畴具有进军的应用后劲。

连年来，南昌大学院士团队收效制备出三维（3D）全有机钙钛矿铁电体，将不含金属阳离子的全有机 3D 钙钛矿材料变为履行，进一步丰富了钙钛矿材料种类和潜在应用。

可是，全二维（2D）有机钙钛矿仍然未出现报导，主要的原因是衰退相应的策动原则和合成重要。

近期，香港理工大学/新加坡国立大学讲座熟习与南边科技大学副熟习、香港理工大学助理熟习等课题组共同合营，初次收效合成了一种无金属的纯有机二维层状钙钛矿单晶，定名为 CL-v 相钙钛矿 （化学式为 A 2 B 2 X 4 ）。

CL-v 相的介电常数范围为 4.8 至 5.5，高于二氧化硅、六方氮化硼（Hexagonal Boron Nitride，h-BN）的介电常数，制备的微电子场效应晶体管（Field Effect Transistor，FET）器件解说了它们动作薄膜晶体管的栅介电材料的后劲。

该盘考为全有机二维钙钛矿材料的合成和应用拓荒了新的主义，并为其在柔性电子器件等范畴的应用提供了有劲的救助。

填补全二维有机钙钛矿范畴的空缺

审稿东说念主确定了作家们构建全新有机二维层状杂化钙钛矿的策动原则和重要，并合计，全有机无金属钙钛矿为钙钛矿材料带来了一个全新的家眷，对于全有机二维钙钛矿的构建具有极高的翻新性。

此外，审稿东说念主还评价称，这种层状全有机钙钛矿不错剥离或者孕育为分子厚度（单层），代表了一类新式的分子薄全有机二维晶体。

况兼，这些薄层晶体的介电常数高于二氧化硅和 h-BN 等二维介电材料的介电常数，是将来相配有后劲的柔性介电材料。

近日，干系论文以《分子厚度全有机二维杂化钙钛矿》（）为题发表在 Science 上[1]。

香港理工大学博士后蔡华燮（Hwa Seob Choi）、林均和王刚为共同第一作家，香港理工大学、南边科技大学副熟习和香港理工大学/新加坡国立大学讲座熟习担任共同通信作家。

图丨干系论文（开首：Science）

不同于 RP 相 （A 2 BX 4 ） 和 DJ 相（ABX 4 ）2D 杂化钙钛矿，其中 A 代表比 B 大的阳离子，X 代表阴离子。

在该盘登科，CL-v 相全有机二维杂化钙钛矿通过层间氢键变成了一个范德华马虎，不错通过剥离或孕育为具有大纵横比的分子薄层有机晶体，具有潜在的动作柔性介电体的应用价值。

在策动全有机二维钙钛矿时，需要处置电荷均衡和结构踏实两大问题。这波及到大有机阳离子 A、小阳离子 B 和阴离子 X 的中式和位点匹配等问题。

在该团队策动的全有机晶格中，使用 N - 氯甲基-1,4-二氮杂环 [2.2.2] 辛铵（CMD + ）动作 A 位阳离子，因为它不错与晶胞边心的马虎 B + 阳离子在横向和垂直方朝上变成氢键。

图丨 CL-v 相 2D 全有机钙钛矿的晶体结构形色（开首：Science）

B 位点被 NH 4 + 占据，X 位点被 PF 6 - 占据。在使用 CMD+ 的情况下，氮原子的孤对电子与 NH 4 +-边心在横向变成 N-H……N 氢键。

而邻层的氯甲烷与 NH 4 +-边心垂直主义变成 N-H……Cl 氢键，从而通过变成一个 NH 4 +-边心 [PF6] 3 [N] 2 [Cl] 八面体来踏实它的二维结构。

盘考东说念主员将 CMA + 阳离子换为 BMD + 阳离子，合成了 CMD-N-P2

和 BMD-N-P2 等一系列 A2B2X4 结构的全有机二维杂化钙钛矿。最终，将它界说为 CL-v 相有机二维杂化钙钛矿。

为设立新式全有机无金属 2D 钙钛矿材料提供基础

熟习和熟习划分是《麻省理工科技挑剔》“35 岁以下科技翻新 35 东说念主”（TR35）2023 年亚太区和 2021 年中国区的获奖者。在该盘登科，他们划分端庄微纳器件制备和高分辨扫描透射电镜原子结构的表征。

图丨（左）与（右）（开首：该团队）

在策动流程中，他们以兑现全有机无金属的钙钛矿材料为目的，抽象辩论分子取舍、马虎填充、结构踏实性和功能性质等方面问题，并进行全新的二维结构的策动。

熟习默示：“通过优化分子结构和相互作用，咱们寻求到逸想的全有机二维结构，为设立新式的全有机无金属 2D 钙钛矿材料提供了进军的基础。”

该课题组使用溶液法合成了如上构念念的全有机二维钙钛矿单晶，并对合成取得的单晶材料进行详备的表征和分析。

熟习指出，卓绝是与南边科技大学熟习团队合营，林淳厚团队采用先进的球差矫正冷冻透射电镜技巧（Cs-corrected Cryo-TEM），在原子级别揭示了材料的密致结构与元素构成。

由于有机分子对电子束的低耐受性，传统成像技巧每每导致快速且不成逆的结构损毁。

为克服这个阻遏，他们采选了多项翻新步履：哄骗液氮低温环境羁系样品加热，使器具有高探伤量子效用的凯旋电子计数相机以及精准的样品搜索软件最小化电子表现。

加上翻新性的三维叠层图像滤波处理，这些技巧的抽象应用兑现了在~1.1 个电子每平日埃的超低剂量下，对单晶材料的近原子级凯旋成像。默示，和分析型电镜的原子分辨电子剂量比较，其低了 5 个数目级。

图丨 CL-v family 的高分辨冷冻 TEM 结构和元素表征。该图展现了全有机二维钙钛矿单晶通过共价键麇集的有机基团，以及氢键开动拼装的无缺立方钙钛矿晶体结构（开首：Science）

2D 全有机钙钛矿材料大略变成大面积的分子薄膜，并具有绝缘性质，使其适用于 2D 电子器件中的介电层。

相较于 h-BN 等 2D 介电材料，CMD-N-P 2 和 BMD-N-P 2 展示了高介电常数，划分为 4.86 和 5.53。

为展示 CL-v 相动作介电层的为止，冷熟习盘考团队使用改进的两步干法转印技巧，最初将薄层 CMD-N- P 2 或 BMD-N-P 2 动作顶层栅介电层转印到二硫化钼通说念材料上，然后再次转印铬/金动作源和漏极电极制作了场效应晶体管。

图丨干法转印技巧将 CMD-N-P 2 或 BMD-N-P 2 动作顶层栅介电层转机到 MoS 2

动作通说念材料上，制作了场效应晶体管（开首：Science）

上图展示了制作的 FET 器件性能。在不同 V ds 下测量的传输弧线夸耀出 FET n 型步履，当 V ds 为 0.5V 时，开关比大于 10 7 ，足以合乎 10 4 的内容逻辑电路圭臬。

传输弧线中可忽略的滞后性标明，全有机钙钛矿介电层和无机二维材料通说念材料之间变成了细致的战争。

此外，从传输弧线中提真金不怕火出的低亚阈值摆幅为 158mV dec -1 ，低于通过原子层千里积孕育的氧化铝。漏极电流-电压（I d -V d ）输出弧线在低偏压下呈现线性特色。

图丨 CL-v family 的介电性能和使用 CMD-N-P 2 动作介电层的 FET 器件（开首： Science ）

据悉，与课题组当今正在积极合营，进行对于单晶薄膜钙钛矿的翻新盘考。他们期待大略再次联袂，尽快整理并发表他们不雅测到的前沿形状，为科学发展孝顺后生力量。

在全有机钙钛矿方面，接下来，他们将进一步拓展 2D 全有机钙钛矿结构，丰富该家眷的材料，以兑现新式器件应用。

参考尊府：

1.H.Choi et al. Molecularly-thin, two-dimensional all-organic perovskites. Science 384, 6691，60-66(2024). DOI: 10.1126/science.adk8912

排版：刘雅坤

01/

02/

03/

04/

05/