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更新日期:111年6月1日

臺大與中研院合作團隊共同解開鈣鈦礦材料之分子運動對光電特性的關係 成果發表於Nature Commnuications

臺大分子科學技術國際學程主任暨材料系特聘教授陳俊維,與中研院原子分子科學研究所博士余慈顏所組成的研究團隊,利用固態核磁共振光譜學(solid-state NMR),直接觀察到二維有機無機混成鈣鈦礦材料中,有機分子的重定向運動 (reorientational motion)與其光電特性的關係,此研究成果已於近日發表於國際頂尖期刊Nature Communications

近幾年來,有機無機混成鈣鈦礦材料是材料科學界相當重要的發現,特別是其在太陽能電池上的應用,在短短幾年的時間內,已達到與商用的矽太陽能電池有相當的能源轉換效率,被認為是下一代非常有潛力的太陽能材料。最近,具有量子局限效應(Quantum Confinement Effect)的二維有機無機混成鈣鈦礦材料(2D Organic-Inorganic Hybrid Perovskites)更吸引材料科學界目光,由於其獨特的二維量子效應,使其具有相當優異的光學與光電的性質。

在有機無機混成鈣鈦礦材料中,有機分子的運動,會直接影響結構,進而影響其光學與光電轉換效率。特別是二維鈣鈦礦材料中,具有在鈣鈦礦的A-site與層間spacer不同的有機分子組成。因此,如何直接觀測其中有機分子的運動,是長久以來未能解決的問題。本研究主要利用同位素標定(isotopically labeled) A-site的有機分子,並將其引進鈣鈦礦材料的合成,讓材料中的有機分子具有同位素標定的異核原子對(heteronuclear spin pair),再進一步利用固態核磁共振量測被運動所平均的原子對之間的偶極-偶極作用(motional averaging of dipole-dipole interaction),直接觀測到同位素標定的二維有機無機混成鈣鈦礦材料中的有機分子的運動資訊。建立其與結構,相變與其光電轉換效率的關係,並提供未來在材料設計上相當重要資訊。

本研究主要由臺大分子科學技術國際學程(International Graduate Program of Molecular Science and Technology, NTU-MST) 博士生林鉦傑主導實驗進行,並由陳俊維教授與余慈顏博士共同指導此論文。NTU-MST是臺大與中研院的國際研究生學程,2018年經教育部同意後共同成立,主要是希望建立臺大與中研院間跨領域合作與指導學生的新模式,培養新一代的科學研究人才,成立至今已有近30位國際博士研究生(包括本地生)就讀。此次研究成果,除了在科學技術上突破外,更重要的是建立臺大與中研院共同培養優秀博士研究生的成功合作典範。

本研究成果已於2022年3月21日發表於Nature Communicationshttps://www.nature.com/articles/s41467-022-29207-6

  • 圖1

    在二維有機無機混成鈣鈦礦結構A-site有機分子的重定向運動示意圖

  • 圖2

    二維有機無機混成鈣鈦礦之A-site有機分子的重定向運動

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