不发光也能发Nature 能上天能入地的钙钛矿

细数近几年新材料的研究进展，我们不难发现，钙钛矿吸引了大量科研工作者的注意。钙钛矿可以应用于太阳能电池领域，可以制成发光二极管等等，这些都是其比较常见的应用，也不足为奇。今天，我们要向大家介绍的是钙钛矿最新的几项应用，包括其在预地震中的应用，作为半导体用于辐射探测器、太空太阳能电池以及自旋电子器件，甚至可以用于快速检测食用油的过氧化物值等等。

（来源：微信公众号“纳米人”ID：nanoer2015）

1. Nature: CaSiO3钙钛矿的地震速度可以解释地球下地幔中的LLSVPs

地震学记录了整个下地幔中各种异质性的存在，但这些信号的起源 - 无论是热还是化学 - 仍然不确定，因此它们对深地球性质的大部分信息都是模糊的。准确解释观测到的地震速度需要了解地球上所有可能的矿物成分的地震属性。硅酸钙（CaSiO3）钙钛矿被认为是整个下地幔中第三丰富的矿物质。

近日，伦敦大学学院A.R. Thomson研究团队同时测量CaSiO3钙钛矿样品的晶体结构和剪切波和压缩波速度，并直接限制该材料的绝热体积和剪切模量。研究人员观察到钛在CaSiO3钙钛矿中的掺入在较高温度下稳定了四方结构，并且材料的剪切模量显着低于计算或热力学数据集所预测的。结合文献资料并推断，该研究结果表明俯冲洋壳将在整个下地幔中作为低地震速度异常可见。此外，研究还表明大的低剪切速度省（LLSVPs）与再生海洋地壳的中度富集是一致的，并且中地幔不连续性可以通过含钛的CaSiO3钙钛矿中的四方 - 立方相变来解释。

Thomson, A. R. et al.Seismicvelocities of CaSiO3perovskite can explain LLSVPs in Earth’s lower mantle.Nature 2019.

DOI: 10.1038/s41586-019-1483-x

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1483-x

2. 黄劲松AM：比玻璃还稳定的钙钛矿！

有机卤化物金属钙钛矿已成为有前途的半导体用作太空太阳能电池和辐射探测器的材料。然而，在运行条件下缺乏对其稳定性的研究。黄劲松团队首次研究在伽马射线和可见光下钙钛矿太阳能电池的稳定性情况。钙钛矿活性层在连续伽马射线和光照射下，在1535小时后仍保持96.8％的初始效。在相同的照射条件下，玻璃的透射率明显下降。

研究表明，钙钛矿太阳能电池的优异稳定性得益于自愈性的行为：恢复早期由γ射线照射诱导损失的效率。研究结果揭示了伽马射线照射不会引起钙钛矿的电子陷阱状态。这些观察证明了钙钛矿材料在辐射探测器和太空太阳能电池的应用前景。

Yang, S. et al. Organohalide LeadPerovskites: More Stable than Glass under Gamma-Ray Radiation.Adv.Mater.

DOI: 10.1002/adma.201805547.

https://doi.org/10.1002/adma.201805547

3. AM: 基于杂化有机-无机钙钛矿的自旋阀器件的可调谐自旋特性

混合有机-无机钙钛矿（HOIPs）形成一类新的半导体，显示出有前途的光电器件应用。HOIP的光电特性可通过改变其构件的化学成分来调节。最近，HOIP自旋电子特性及其在自旋电子器件中的应用引起了极大兴趣。犹他大学Zeev Valy Vardeny团队研究了HOIPs中化学成分多样性对其自旋电子特性的影响。制造基于具有不同有机阳离子和卤素原子的HOIP的自旋阀装置。

通过测量具有不同钙钛矿夹层厚度的自旋阀装置中的巨磁阻（GMR）响应，在各种HOIP中获得自旋扩散长度。此外，旋转寿命也是从Hanle响应中测量的。发现HOIP的自旋电子特性主要由卤素原子决定，而不是由有机阳离子决定。该研究为基于HOIP的工程自旋电子设备提供了明确的途径。

Tunable Spin Characteristic Properties in Spin Valve Devices Based on Hybrid Organic–InorganicPerovskites，Advanced Materials, 2019

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904059

4. Anal. Chem.: 钙钛矿纳米晶快速检测食用油的过氧化物数

食用油的过氧化物数量与其质量有关。过氧化物数的经典测定方法具有局限性，由于其复杂性和分析过程中的再现性差以及不能进行现场快速检测。厦门大学陈曦团队开发了一种新的基于波长移动的视觉方法，即利用卤化钙钛矿纳米晶体（CsPbBr3NC）测定食用油的过氧化值。

研究表明，食用油样品预先与部分碘化铵（OLAM-I）进行氧化还原反应。然后，在添加的CsPbBr3NC和来自残留OLAM-I的碘离子之间发生卤素交换。所产生的荧光发射的波长偏移反映了食用油样品中的过氧化物数。在365 nm光激发下，可以直接将光致发光的表观颜色与比色图进行比较，以确定和鉴定过氧化物数。利用该方法可以实现现场食用油样品中过氧化物数量的目测检测。检测过程仅需约15分钟，方便准确。

Wavelength-Shift-Based ColorimetricSensing for Peroxide Number of Edible Oil Using CsPbBr3PerovskiteNanocrystals, Anal. Chem, 2019

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.9b03267

5. AEM：用于光热转换的黑色素-钙钛矿复合材料

生物大分子色素，如黑色素，在所有生物的生存中起着至关重要的作用。黑色素吸收阳光并将其转化为热量，这对于避免对皮肤细胞的损害至关重要。光吸收产生激发的电子，通过释放热量（光热效应）和，或光（光致发光）可以回落到基态，或者在其寿命周期内保持较高的能量水平，这可以通过外部电子电路捕获（光伏效应）实现。宾夕法尼亚大学Kai Wang，Congcong Wu和Shashank Priya等人证明了黑色素与卤化钙钛矿光吸收材料的复合物在太阳光谱中显示出从UV到NIR区域的高吸收。

由于黑色素的非辐射淬灭明显增强，复合材料显示出显著降低的光致发光和最小化的残余激发态密度（通过光伏测量验证）。结果表明，在AM1.5下，复合材料显示出超高的太阳热量子产率为99.56％，太阳热转换效率为≈81％，优于典型的碳材料，如石墨烯。通过在热电装置的热侧涂覆光热复合膜，观察到与照射下的空白组相比输出功率增加7000％。

Wang, K., Hou, Y.,Poudel, B., Yang, D., Jiang, Y., Kang, M.‐G., Wang, K., Wu, C., Priya, S., Melanin–PerovskiteComposites for Photothermal Conversion. Adv. Energy Mater. 2019, 1901753.

DOI: 10.1002/aenm.201901753

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201901753

6. 朱瑞SCPMA: 上天啦！钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池（PSC）表现出优异的效率，高单位重量功率和出色的抗辐射性，并有望用于发展新一代太空能源技术。然而，极端的太空环境将对电池的稳定性提出相当大的挑战，而对PSC在太空中的应用却鲜有报道。近期，北京大学物理学院“极端光学创新研究团队”朱瑞、龚旗煌院士与中科院光电研究院徐国宁研究员、西北工业大学黄维院士合作，率先开展了混合阳离子型钙钛矿太阳能电池在临近空间（高度接近35 km）的稳定性研究。在空气质量0（AM0）照明下，基于FA0.81MA0.1Cs0.04PbI2.55Br0.40的器件,保留了其初始效率的95.19％。另外，紫外线过滤器可以有效地保证设备的稳定性。该工作展示了PSC在未来空间应用中的前景。

Mixed-cationperovskite solar cells in space, In Journal of SCIENCE CHINA Physics, Mechanics& Astronomy, Volume 62, Issue 7, 2019, 974221

https://doi.org/10.1007/s11433-019-9356-1

为钙钛矿加油！