暨南大學唐群委Nano Energy: 確定了堿土金屬離子摻雜無機鈣鈦礦的摩擦電序列

引言

近年來，無機CsPbBr₃鈣鈦礦迅猛發展，由于具有優異的光學、光電性能以及良好的穩定性已被廣泛應用于光電子器件中，此外，其獨特的介電性質也使其在摩擦納米發電機中嶄露頭角。然而，無機鈣鈦礦材料的摩擦電極性以及摩擦電與光電特性的結合仍有待研究。

成果簡介

近日，暨南大學信息科學技術學院唐群委教授團隊在全無機CsPbBr₃鈣鈦礦摩擦納米發電機領域取得新進展，并在化學和材料領域重要刊物Nano Energy（影響因子：16.602）雜志發表了題為“Triboelectric charging behaviors and photoinduced enhancement of alkaline earth ions doped inorganic perovskite triboelectric nanogenerators”的研究論文。

在本工作中，唐群委團隊首次報道了CsPbBr₃鈣鈦礦及堿土金屬摻雜CsPb_1-xM_xBr₃?(M = Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, x?= 0~1)鈣鈦礦的摩擦電荷極性，并建立了無機鈣鈦礦材料的摩擦電序列。通過系統研究光照和暗態情況下三種器件結構（介電材料/鈣鈦礦摩擦納米發電機，碳/鈣鈦礦摩擦納米發電機，碳/鈣鈦礦太陽能電池）的輸出性能，闡明了光生電荷可以極大程度提升鈣鈦礦材料的摩擦電荷量并且可以改變其摩擦電荷極性的新現象，該成果為摩擦電-光電電子學理論的建立奠定了基礎。

王宇迪博士后為第一作者，楊希婭副教授和唐群委教授為文章的共同通訊作者。

文章鏈接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520308570

圖文導讀

圖1.?CsPbBr₃和CsPb_1-xM_xBr₃薄膜的（a）XRD圖和（b）Pb 4f峰的XPS圖譜；（c）CsPb_1-xM_xBr₃的晶體結構；（d）基于CsPb_1-xM_xBr₃鈣鈦礦薄膜的接觸-分離式摩擦納米發電機的器件結構和單個循環機理示意圖；每個循環輸出的（e）V_oc、（f）I_sc和傳輸電荷Q_sc；（g）通過與常規介電聚合物配對確定的CsPbBr₃摩擦電荷極性。

圖2.?CsPb_1-xM_xBr₃鈣鈦礦摩擦納米發電機在不同摻雜離子含量時的（a）V_oc、（b）I_sc和（c）Q_sc輸出；CsPb_1-xM_xBr₃鈣鈦礦摩擦納米發電機在最優離子含量時的（d，g）V_oc、（e，h）I_sc和（f，i）Q_sc輸出。

圖3.?基于（a）CsPbBr₃、（b）CsPb_0.99Mg_0.01Br₃、（c）CsPb_0.97Ca_0.03Br₃、（d）CsPb_0.93Sr_0.07Br₃和*（e）CsPb_0.91Ba_0.09Br₃鈣鈦礦摩擦納米發電機在負載為50M?時的最大輸出能量的V-Q曲線；（f）CsPb_1-xM_xBr₃鈣鈦礦摩擦納米發電機在最優離子含量時的FOM_p值。

圖4.?CsPb_1-xM_xBr₃鈣鈦礦在最優摻雜離子含量時的（a）Fermi能級和（b）介電常數；(c)在接觸起電過程中，電荷在鈣鈦礦和PVDF間的傳輸示意圖；（d）包含CsPbBr₃和CsPb_1-xM_xBr₃鈣鈦礦的摩擦電序列。

這項研究得到青島海洋科學與技術國家實驗室主任基金項目（QNLM201702），中國博士后科學基金面上項目（2019M650231, 2019M663379），國家自然科學基金項目(61774139, U1802257)，廣東省杰出青年基金項目（2019B151502061），和中央高校基本科研專項資金（11618409，11619311）的支持。

本文由暨南大學信息科學技術學院唐群委教授團隊投稿。