钙钛矿又添小伙伴，一维金属卤化纳米管

有机金属卤化物作为新型的杂化功能性晶体材料是最近学术界的研究热点，其中包括大家熟悉且广泛研究的具有三维结构的钙钛矿。不同于具有三维结构的传统钙钛矿，佛罗里达州立大学的Biwu Ma（马必武）教授（点击查看介绍）课题组另辟蹊径，在过去的两年里不断发展出一系列具有低维结构的有机金属卤化物，包括二维、准二维、波纹二维、一维以及零维的结构。这种划分方法是通过材料中金属卤化物八面体的连接方式区分的，例如传统的三维钙钛矿中，金属卤化物八面体通过共用所有顶点的形式扩展形成三维网状结构。

低维有机金属卤化物不同于传统的三维材料，在结构和光学、电学方面都具有一些独特的性质，例如该课题组今年年初在Nature Communications（Nat. Commun., 2017, 8, 14051）发表的一篇文章中提出了有机物可以与卤化铅形成自组装的一维纳米线材料。该材料中卤化铅的八面体通过共边的连接方式向单一方向延伸，并进一步与长链有机阳离子组装成宏观晶体。这种材料的特征是宏观晶体可以体现出其组成成分的本征性质，从而表现出传统纳米材料才具有的量子限域效应。该材料的量子限域效应表现为紫外光激发的荧光发射，因此这种材料可以作为单组分的荧光粉材料应用于照明设备等。

除了一维纳米线结构外，一维纳米管类型的结构也具有十分独特的研究和应用前景。自从1991年碳纳米管发现以来，各式各样的纳米管材料广泛用于催化、气体储存、电学器件等领域，但对于有机金属卤化物而言，尚无关于纳米管结构的相关报道。该课题组在以往发展无机-有机金属卤化物杂化材料和一维材料的基础上，通过引入一种刚性的有机阳离子实现了自组装形成具有一维纳米管结构的有机金属卤化物材料。这种纳米管是12个溴化铅八面体通过共面以及共用顶点的形式形成环状结构、并向单一方向延伸的产物，球状的有机阳离子则嵌入溴化铅八面体形成的“窗口”空隙中，形成内外壁都带正电的正-负-正类核壳结构。这些纳米管会进一步堆积形成具有最密堆积结构的宏观晶体，整个过程在溶液中原材料进行自组装析出晶体，成本低且合成快捷。

与一维纳米线结构的有机金属卤化物类似，这种金属卤化纳米管材料也呈现出独特的光学性质。在紫外灯的照射下，此材料呈现出淡黄色磷光。光谱分析表明，此材料的发射光谱覆盖了450-700 nm的波段，是一种具有大斯托克斯位移的宽光谱发射。时间分辨荧光光谱显示这种发光来自自陷激子，而非直接能隙，与之前报道过的一维材料不同，后者发光同时来自自陷激子与直接能隙。以上结果也表明此材料的发光效率能够通过结构调控的方式得到提高。

这种纳米管材料除了可作为固态发光材料，还有可能在激光、离子分离、气体储存、电学器件等领域发挥作用。而该材料的研究还处于初期阶段，研究者需对其物理化学性质做进一步的理解。此研究吸引人的地方不仅在于阐明其独特的光学性质，还展示出有机金属卤化物丰富的结构可变性，并由此说明，控制材料的形成条件可以得到具有不同独特性质的功能材料。随着有机金属卤化物的发展，这一领域会表现出更高的研究价值和广阔的应用前景。研究成果发表在皇家化学会旗舰刊物Chemical Science 上，第一作者为博士后Haoran Lin。

该论文作者为：Haoran Lin, Chenkun Zhou, Yu Tian, Tiglet Besara, Jennifer Neu, Theo Siegrist, Yan Zhou, James Bullock, Kirk Schanze, Wenmei Ming, Mao Hua Du and Biwu Ma

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Bulk Assembly of Organic Metal Halide Nanotubes

Chem. Sci., 2017, DOI:10.1039/C7SC03675B

导师介绍

Biwu Ma

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