无机非铅钙钛矿因其优异的光电子性能、可调控的带隙以及较长的载流子扩散长度，在替代传统铅基钙钛矿并推动光电子器件商业化方面展现出巨大潜力。然而，钙钛矿薄膜在制备过程中存在不可控成核与晶体生长这一特征问题，严重降低了薄膜质量，进而给光电子器件性能的提升带来巨大挑战。因此，深入揭示钙钛矿成核阶段的缺陷形成机制，并开发有效的抑制策略，对于进一步推动光电子器件的发展具有重要意义。
基于上述背景，西安交通大学前沿院邵金友、孙柏教授团队报道了一种利用双亲长链“Tween 80”封闭钙钛矿Cs2AgBiBr6成核的限制策略。借助原位表征技术和第一性原理计算，该研究团队创新的提出了一种特异性抑制溴空位形成的动力学模型。其中，Tween 80的疏水部分（油酸链+酯基）从源头上抑制了溴空位的形成，根据软硬酸碱理论，银离子和铋离子可以与酯氧原子形成稳定的配位键。这种配位有效地将金属阳离子“锁定”在八面体中心，减轻了热振动或晶格应变引起的配位崩塌，从而降低了溴离子脱附的驱动力。此外，Tween 80的亲水部分（PEO链）可以通过八面体桥接位点的偶极-阴离子相互作用锚定溴离子。通过计算得出PEO链中的单个C、H和O原子与钙钛矿八面体桥接位点相互作用时体系的形成能均为负值（Abs-C = -1.58 eV，Abs-H = -0.46 eV，Abs-O = -1.53 eV），表明这些原子吸附到钙钛矿晶体结构上是一个热力学自发过程。PEO链在晶体表面吸附产生空间位阻，调节结晶速率，这为溴离子扩散到有序晶格位点提供了充足时间，进一步抑制了溴空位的形成。
通过精确控制Tween 80封闭程度，研究团队制备了大晶粒尺寸、无针孔、高结晶度、超高光致发光强度的Cs2AgBiBr6薄膜。为了评估其在光电子器件中的性能表现，研究团队通过垂直堆叠工艺制备了钙钛矿基光电忆阻器，该忆阻器兼具电子突触功能（ESF）和瞬态光响应（TPR）特性。利用电刺激下的ESF在MNIST识别任务中达到了91%的识别准确率。在光刺激下，它展示出20 ms响应时间的TPR、931.7 s的超长耐久性，以及在5 Hz下超103次循环定性。在应用方面，所制备光电忆阻器通过多波长光脉冲编程实现了全光控写入和擦除，能够完成复杂的全光控图像处理任务。此外，作者们特别展示了一种基于光电忆阻器的全光控鞘内药物注射系统，最高可支持六种特定的药物释放策略。该工作为调控钙钛矿成核提供了可参考的封闭工艺和理论支持，也展示了光电忆阻器在全光控鞘内药物注射系统中的应用前景。
该研究成果发表于国际材料领域权威期刊《先进材料》（Advanced Materials）。论文第一作者为西安交大前沿院博士生郜凯凯和曹泽霖，通讯作者为邵金友、孙柏和闫先侠教授。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202513992
参考消息来源：西安交通大学
