兰州大学靳志文Angew:羟胺阳离子作为B位点：通过半径与偶极矩调控提升无金属钙钛矿的X射线探测性能

无金属卤化物钙钛矿（MFHPs）因其结构可调、生物相容性好、重量轻等优点，在X射线探测领域受到广泛关注。与传统金属钙钛矿中的强离子键不同，MFHPs中起关键作用的是弱氢键，这直接影响其稳定性与性能。然而，作为氢键网络的关键组成部分，B位阳离子（NH₄⁺）在空间、几何和对称性方面与八面体骨架存在冲突，限制了MFHPs的材料与结构多样性。

本研究兰州大学靳志文等人成功将具有更大半径和偶极矩的NH₃OH⁺阳离子引入MFHPs体系，系统探究了B位设计的功能机制。理论模拟与实验表明，NH₃OH⁺可调控MFHPs的八面体组成与结构维度，从而优化带隙与载流子传输能力。更重要的是，NH₃OH⁺中的羟基可增加氢键位点与强度，强化氢键网络，稳定晶格结构并抑制离子迁移，进而提升器件稳定性。

最终，基于DABCO-NH₃OHCl₃的探测器在持续X射线辐照下表现出卓越的稳定性与灵敏度（在200 V偏压下达1460 μC Gyₐᵢᵣ⁻¹ cm⁻²），并实现了超低暗电流漂移（1.86×10⁻⁷ nA cm⁻¹ V⁻¹ s⁻¹）。本研究为未来MFHPs的优化提供了重要的B位设计指导。

文章亮点：

1. 首次将NH₃OH⁺作为B位阳离子引入无金属钙钛矿：
   通过引入具有更大半径（2.19 Å）和更高偶极矩（3.72 Debye）的NH₃OH⁺，成功调控了MFHPs的八面体结构与维度，形成稳定的3D钙钛矿框架。

2. 强化氢键网络，显著提升材料与器件稳定性：
   羟基的引入增加了氢键位点与强度，有效抑制离子迁移，提高激活能（Ea=539 meV），器件在长时间X射线辐照下表现出极低的暗电流漂移与优异的操作稳定性。

3. X射线探测性能优异，灵敏度高达1460 μC Gyₐᵢᵣ⁻¹ cm⁻²：
   基于DABCO-NH₃OHCl₃的探测器在200 V偏压下实现高灵敏度与低检测限（0.563 μGyₐᵢᵣ s⁻¹），优于医用诊断要求，具备实际成像应用潜力。

Hydroxylamine Cation as B-Site with Radius and Dipole Moment Modulation for Metal-Free Halide Perovskite to Enhance X-ray Detection Performance

Dr. Shiyan Ding, Dr. Guoqiang Peng, Dr. Yujiang Wu, Prof. ZhenHua Li, Prof. Zhiwen Jin

First published: 28 October 2025 https://doi.org/10.1002/ange.202516090

学术交流QQ群

知光谷光伏器件学术QQ群：641345719

钙钛矿产教融合交流@知光谷（微信群）：需添加编辑微信

为加强科研合作，我们为海内外科研人员专门开通了钙钛矿科创合作专业科研交流微信群。加微信群方式：添加编辑微信pvalley2024，备注：姓名-单位-研究方向（无备注请恕不通过），由编辑审核后邀请入群。