兰州大学靳志文Angew:羟胺阳离子作为B位点：通过半径与偶极矩调控提升无金属钙钛矿的X射线探测性能

来源：知光谷发布时间：2025-10-29 09:02:30

无金属卤化物钙钛矿（MFHPs）因其结构可调、生物相容性好、重量轻等优点，在X射线探测领域受到广泛关注。与传统金属钙钛矿中的强离子键不同，MFHPs中起关键作用的是弱氢键，这直接影响其稳定性与性能。然而，作为氢键网络的关键组成部分，B位阳离子（NH₄⁺）在空间、几何和对称性方面与八面体骨架存在冲突，限制了MFHPs的材料与结构多样性。

本研究兰州大学靳志文等人成功将具有更大半径和偶极矩的NH₃OH⁺阳离子引入MFHPs体系，系统探究了B位设计的功能机制。理论模拟与实验表明，NH₃OH⁺可调控MFHPs的八面体组成与结构维度，从而优化带隙与载流子传输能力。更重要的是，NH₃OH⁺中的羟基可增加氢键位点与强度，强化氢键网络，稳定晶格结构并抑制离子迁移，进而提升器件稳定性。

最终，基于DABCO-NH₃OHCl₃的探测器在持续X射线辐照下表现出卓越的稳定性与灵敏度（在200 V偏压下达1460 μC Gyₐᵢᵣ⁻¹ cm⁻²），并实现了超低暗电流漂移（1.86×10⁻⁷ nA cm⁻¹ V⁻¹ s⁻¹）。本研究为未来MFHPs的优化提供了重要的B位设计指导。

文章亮点：

首次将NH₃OH⁺作为B位阳离子引入无金属钙钛矿：通过引入具有更大半径（2.19 Å）和更高偶极矩（3.72 Debye）的NH₃OH⁺，成功调控了MFHPs的八面体结构与维度，形成稳定的3D钙钛矿框架。
强化氢键网络，显著提升材料与器件稳定性：羟基的引入增加了氢键位点与强度，有效抑制离子迁移，提高激活能（Ea=539 meV），器件在长时间X射线辐照下表现出极低的暗电流漂移与优异的操作稳定性。
X射线探测性能优异，灵敏度高达1460 μC Gyₐᵢᵣ⁻¹ cm⁻²：基于DABCO-NH₃OHCl₃的探测器在200 V偏压下实现高灵敏度与低检测限（0.563 μGyₐᵢᵣ s⁻¹），优于医用诊断要求，具备实际成像应用