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:

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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

  1. 潜力。

Hydroxylamine Cation as B-Site with Radius and Dipole Moment Modulation for Metal-Free Halide Perovskite to Enhance X-ray Detection Performance

Dr. Shiyan Ding, Dr. Guoqiang Peng, Dr. Yujiang Wu, Prof. ZhenHua Li, Prof. Zhiwen Jin

First published: 28 October 2025 https://doi.org/10.1002/ange.202516090

责任编辑:wanqin
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