有机-无机杂化型钙钛矿材料在光电器件方向极具应用前景，近年来被广泛地展开研究，例如太阳能电池、发光二极管、光电探测器等。最近的研究工作，特别是2015年杨培东课题组通过液相法成功制备出室温下具有强荧光的二维层状晶体(C4H9NH3)2PbBr4，使得二维钙钛矿单晶材料迅速成为研究热点（Science, 2015, 349, 1518）。二维有机-无机杂化钙钛矿单晶材料如此优异的性质，既源于无机成分提供的高载流子迁移率和宽的带隙范围，又归功于有机部分提供的结构差异、高效发光等性能。此外，二维层状钙钛矿晶体是拥有高态密度的直接带隙半导体，并已呈现丰富的光学性质，例如深蓝色发光、激子效应、高吸收率等。此外，相比于传统的多晶钙钛矿薄膜，二维单晶钙钛矿缺陷更少，因此载流子扩散长度显著增加。这种液相制备的钙钛矿晶体很可能将在微纳光电器件具有显著的光学和电学性质。但是，二维层状钙钛矿在一些溶剂（丙酮或者水）中极不稳定，单个二维钙钛矿晶体微纳器件还尚未制备成功。因此，如何克服钙钛矿材料的不稳定性和设计二维单晶钙钛矿器件加工工艺是亟待攻克的难题。北京大学彭海琳教授、刘忠范院士团队一直致力于石墨烯及其他新型二维材料的制备、物性与应用等相关研究。近日，彭海琳教授团队与刘忠范院士团队合作，利用单层石墨烯单晶作为二维钙钛矿的封装保护材料和透明电极，成功制备出第一个二维单晶钙钛矿光电探测器（图1）。在此基础上，作者设计石墨烯叉指电极，使得二维钙钛矿(C4H9NH3)2PbBr4光电探测器件的性能得到了极大的提升，暗电流极低（~0.1 nA），电流开关比高（10的3次方），并实现高达2100A/W的光电响应度（图2）。

图1 二维钙钛矿单晶的结构及经石墨烯电极封装的光电器件制备

       二维钙钛矿单晶材料自2015年通过液相法成功合成以来，理论和实验上均已证明其良好的光学性质，却受制于器件加工时遇到的稳定性问题，无法实现微纳器件的加工和应用。而本文的研究团队利用石墨烯单晶的不通透性和封装能力，覆盖在二维钙钛矿单晶上，即可以作为柔性透明电极，又能克服了在微纳器件加工中的不稳定性难题，创造性地设计了二维钙钛矿单晶器件的加工工艺。随着研究工作的深入展开，作为二维半导体家族的新成员，相信二维钙钛矿单晶材料将会在光电子应用领域展现越来越多的潜力。

图2 对石墨烯叉指电极器件的光电性质表征

       这一成果近期发表在《Journal of the American Chemical Society》上，文章的共同第一作者是北京大学博士研究生谈振军以及北京大学本科生吴越，共同通讯作者为彭海琳教授与刘忠范院士。
 
该论文作者为：Zhenjun Tan, Yue Wu, Hao Hong, Jianbo Yin, Jincan Zhang, Li Lin, Mingzhan Wang, Xiao Sun, Luzhao Sun, Yucheng Huang, Kaihui Liu, Zhongfan Liu, Hailin Peng
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Two-Dimensional (C4H9NH3)2PbBr4 Perovskite Crystals for High-Performance Photodetector
J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 16612-16615, DOI: 10.1021/jacs.6b11683