吉林大学，重磅Nature！

一、【导读】

实际上，铅（Pb）卤化物钙钛矿发光二极管 （PeLED） 具有非凡的光电性能，同时由于Sn具有与铅相似的价电子构型和离子半径，被认为是取代铅基钙钛矿的一种有前途的候选材料，然而Pb潜在的毒性阻碍了其进一步的商业化应用。因此，从性能最佳的PeLED中去除铅，同时不影响其出色的外部量子效率（EQE）仍然具有挑战性。大多数改进Sn基PeLED的策略都集中在通过引入Sn补偿剂和还原剂来抑制Sn²⁺的氧化。不幸的是，由于这些技术不能有效地抑制所得锡钙钛矿薄膜中的缺陷，因此仅取得了有限的改进。此外，残留的化学试剂经常破坏锡钙钛矿晶格的有序性，导致安德森局域化，这对光电性能不利。更重要的是，形貌学控制和溶剂工程方法也被开发出来，使Sn基PeLED的EQE提高了5.4%，但Sn基PeLED的EQE仍然较低，意味着对Sn²⁺的内在不稳定性了解有限，需要进一步深入研究以进一步提高Sn基PeLED的EQE和稳定性。

二、【成果掠影】

在此，吉林大学王宁教授，上海大学杨绪勇教授，瑞士洛桑联邦理工学院Michael Grätzel教授和卢海州（共同通讯作者）等人报道了一种互变异构混合物配位诱导的电子定位策略，通过加入氰尿酸（CA）来稳定无铅TEA₂SnI₄（TEAI, 2-噻吩乙基碘化铵）钙钛矿。结果显示，由于钙钛矿表面形成H键互变异构二聚体和三聚体超结构，配位的一个关键功能是放大电子效应，甚至能够扩展到与CA没有强键合的Sn原子。这种电子定位缓解了安德森定位的不利影响，并改善了TEA₂SnI₄晶体结构的有序性，这些因素使非辐射复合捕获系数降低了两个数量级，激子结合能提高了约2倍。进一步测试显示，本文的无铅PeLED的EQE高达20.29%，其性能可与最先进的含铅PeLED相媲美，预计这些发现将为Sn（II）钙钛矿的稳定性提供见解，并进一步推进无铅钙钛矿的应用。

相关研究成果以“Tautomeric Mixture Coordination Enables Efficient Lead-Free Perovskite LEDs”为题发表在Nature上。

三、【核心创新点】

1.本文将CA集成到二维TEA₂SnI₄中，突破了目前无铅PeLEDs的性能瓶颈，使之能够实现超过20%的EQE。

2.本文提出的电子定位缓解了安德森定位的不利影响，并改善了TEA₂SnI₄晶体结构的有序性，这些因素使非辐射复合捕获系数降低了两个数量级，激子结合能提高了约2倍。

四、【数据概览】

图1  CA与TEA₂SnI₄钙钛矿的相互作用和构型。© 2023 Springer Nature

图2 结晶动力学与非辐射复合评估。© 2023 Springer Nature

图3 TEA₂SnI₄薄膜的光物理和载流子动力学。© 2023 Springer Nature

图4 器件表征。© 2023 Springer Nature

五、【成果启示】

综上所述，作者将CA集成到二维TEA₂SnI₄中，突破了目前无铅PeLEDs的性能瓶颈，使之能够实现超过20%的EQE。其中，CA的多功能特性能够形成取向良好且高度稳定的互变异构体CA配合物，使其与Sn(II)具有强的化学配位，有利于Sn钙钛矿薄膜的晶体取向和稳定性，从而改善辐射复合。重要的是，CA -二/三聚体表面配合物协同配位诱导的Sn(II)的电子定位是稳定Sn(II)的关键。除了固态电致发光外，这一基本进展还可以广泛应用于无铅钙钛矿半导体的多种应用。

文献链接：“Tautomeric Mixture Coordination Enables Efficient Lead-Free Perovskite LEDs”（Nature，2023，10.1038/s41586-023-06514-6）

本文由材料人CYM编译供稿。