钙钛矿光伏材料原子动力学的中子散射研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11804346
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2002.凝聚态物质力热光电性质
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Organic-inorganic hybrid perovskite photovoltaic materials have been attracting the worldwide attention for their rocketing efficiencies and lower cost. It is believed that the reorientation rotation of CH3NH3 in the prototype CH3NH3PbI3 is responsible for the screening of carriers and the formations of large polarons for its ultrafast polar fluctuations in the picosecond scale. However, the cubic phase of all-inorganic perovskite CsPbI3 processes a decent photovoltaic efficiency as well. As a result, it is necessary to perform a systematic atomic-dynamics study to understand how the carriers are protected from recombinaitons. Based on our previous study on CH3NH3PbI3, which has been published, we are proposing to extend our atomic dynamics studies to the related HC(NH2)2PbI3 and CsPbI3, using the similar inelastic (quasi-elastic) neutron scattering technologies. We will determine the phonon spectra of both compounds and the reorientation rotational mode of HC(NH2)2 molecules as well. These complete atomic dynamics data allow us to establish the universal carrier protection mechanism for all perovskites. Our study is expected to provide a solid standing point, on which perovskite solar cells can be understood more accurately and their performances are perhaps further optimized.
快速提高的转换效率和低廉的成本使钙钛矿有机-无机杂化光伏材料备受关注。目前普遍认为CH3NH3PbI3中有机分子的再取向旋转导致了皮秒尺度的极化涨落,起到屏蔽载流子而形成大极化子的作用。然而,进一步研究发现全无机钙钛矿CsPbI3的立方相也具有较好的光伏性质。因此,系统研究钙钛矿体系的原子动力学对理解载流子屏蔽机制具有重要意义。基于之前对CH3NH3PbI3的声子与分子再取向旋转的研究,申请人拟继续以非(准)弹性中子散射为主要技术手段研究HC(NH2)2PbI3和CsPbI3,获得声子谱和HC(NH2)2分子的再取向旋转模式等原子动力学数据。综合分析CH3NH3PbI3、HC(NH2)2PbI3和CsPbI3,从原子动力学角度来探索钙钛矿光伏材料载流子屏蔽的普适规律,深化对该类材料的光伏效应的物理认识,为实验上进一步优化甚至提高材料的性能提供明确的物理依据。

结项摘要

快速提高的转换效率和低廉的成本使钙钛矿有机-无机杂化光伏材料备受关注。该类材料的组成兼具无机刚性骨架与有机集团的丰富分子构型,且二者之间具有氢键相互作用。这些“杂化”特点使得该类材料具有与传统无机半导体材料完全不同的性质。要完整地理解这一类材料,需要同时了解材料的声子(集体动力学)与分子再取向旋转模式(单粒子动力学),而非弹性中子散射与准弹性中子散射是研究这一问题的最佳技术手段。本项目正是以该方法研究有机-无机杂化钙钛矿材料的原子结构与动力学。我们在日本散裂中子源NOVA谱仪测量了CH(NH2)2PbI3(缩写为FAPbI3)粉末样品,获得了不同温度下材料的全散射数据;在日本散裂中子源AMATERAS谱仪上获得了样品不同温度下的准弹性散射和非弹性散射数据。综合分析表明该材料在140K和290K先后发生了从四方I相到四方 II相,再到立方相的结构相变;在四方相FA分子具有C2/C3再取向旋转特征,而在立方相具有各向同性再取向旋转模式。这一结构相变可归结为FA分子热运动的冻结,通过氢键相互作用使得 无机晶格发生畸变,从而诱发整体的结构相变。这一结果为准确理解FAPbI3的优异光伏性能提供了结构与动力学基础。我们也发现FAI在室温附近具有巨压卡效应,原位拉曼散射研究表明压力对氢键的抑制作用是产生该效应的物理根源。同时在相关的有机塑晶材料新戊二醇、碳硼烷等体系中发现了庞压卡效应,利用中子散射技术证实了该效应来源于压力对分子再取向旋转的抑制。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Colossal Barocaloric Effect in Carboranes as a Performance Tradeoff
碳硼烷中巨大的气压效应作为性能权衡
  • DOI:
    10.1002/adfm.202112622
  • 发表时间:
    2022-02
  • 期刊:
    Advanced Functional Materials
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Kun Zhang;Ruiqi Song;Ji Qi;Zhe Zhang;Zhao Zhang;Chenyang Yu;Kuo Li;Zhidong Zhang;Bing Li
  • 通讯作者:
    Bing Li
Atomistic Insights into the Anisotropic and Low Thermal Conductivity in Neopentyl Glycol Crystals: A Molecular Dynamics Study
新戊二醇晶体各向异性和低导热性的原子洞察:分子动力学研究
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.1c04035
  • 发表时间:
    2021-07
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Wang Simin;Sun Liang;Li Bing;Dai Liang
  • 通讯作者:
    Dai Liang
Giant barocaloric effects in formamidinium iodide
碘化甲脒的巨大压热效应
  • DOI:
    10.1063/5.0073381
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    APL Materials
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Chenyang Yu;Jianqi Huang;Ji Qi;Peng Liu;Da Li;Teng Yang;Zhidong Zhang;Bing Li
  • 通讯作者:
    Bing Li
Colossal barocaloric effects in plastic crystals
塑料晶体中巨大的气压效应
  • DOI:
    10.1038/s41586-019-1042-5
  • 发表时间:
    2019-03-28
  • 期刊:
    NATURE
  • 影响因子:
    64.8
  • 作者:
    Li, Bing;Kawakita, Yukinobu;Zhang, Zhidong
  • 通讯作者:
    Zhang, Zhidong
Understanding colossal barocaloric effects in plastic crystals
了解塑料晶体中巨大的气压效应
  • DOI:
    10.1038/s41467-020-18043-1
  • 发表时间:
    2020-08-21
  • 期刊:
    NATURE COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Li, F. B.;Li, M.;Wang, Hui
  • 通讯作者:
    Wang, Hui

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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