基于多面体畸变的高性能钙钛矿及衍生物的合成研究进展

以钙钛矿为代表的共点配位多面体晶体(CSCPC)具有独特而丰富的光、电、磁性质,在多铁材料、快离子导体、光电催化等方面具有广阔的应用前景.在众多CSCPC中,具有优异理化性质的相只是极少数.因此,如何通过结构调控获得这些相,一直是相关领域的研究热点和“卡脖子”问题.受此启发,本文从相结构的角度评述了近年来高性能CSCPC的合成研究,以期明确相转变的内在规律,并揭示其中所蕴藏的相调控机制.首先系统地总结了CSCPC中常见的多面体和晶格骨架的类型,并将多面体畸变大致分为偏移、转动、变形三大类.以此为基础,对各类材料合成方案进行分析和归纳,发现传统的合成方案多依赖于宏观尺度上对温度、压力、组分等外部物理条件的改变.近年来,新兴的合成方案聚焦于对多面体几何和拓扑结构的微观调控,如利用容忍因子和基板趋近效应来构造相结构.它们在本质上都遵循着共同的相调控机制,即通过引发多面体的畸变来诱导晶体转变成具有目标属性的相结构.不同的是,后者具有更强的目标导向性,但其适用面还局限在配位八面体的转动体系,如何拓展其应用范围尚存挑战性.此外,“明确引发畸变的根源及各畸变间相互作用”以及“基于计算机科学的定制化指导”都是优化合成方案的未来方向.本文所做的调研和评述以期为高性能CSCPC材料的设计和制备提供一些思路和启发.