近日，前沿科学研究院杨维清教授团队联合吉林大学张晓宇教授在材料学领域国际著名期刊《Matter》发表了题为“Interactions between H₂O and lead halide perovskites: Recent progress and applications”的最新综述。该综述总结了水与铅卤钙钛矿相互作用的最新进展，重点探讨了三大主要作用：生长调控、结晶调控以及水与已形成钙钛矿的相互作用。这些相互作用使得钙钛矿在发光二极管、太阳能电池、光电探测器、防伪技术及生物成像等多个领域得到了广泛应用。最后，文章讨论了水与钙钛矿在绿色合成、界面化学和前驱体溶液化学方面的挑战与前景。

Matter是Cell Press继Chem，Joule之后推出的另一本材料类刊物，与Cell， Chem和Joule互为姊妹刊。期刊涵盖各个领域内的优秀先进材料，包括生物材料，能源材料，光学材料，磁性材料等。我校前沿科学研究院杨维清教授、化学院吕军教授和吉林大学张晓宇教授为论文通讯作者，材料学院2019级博士毕业生曹晶晶为论文第一作者。

在铅卤钙钛矿的合成过程中，通常涉及空气中的水分子，这些水分子可以以气态、液态或固态形式存在。尽管水通常被认为对钙钛矿材料和器件有害，每当提到水时，人们往往会感到忧虑，但水与钙钛矿之间却存在着复杂的“爱恨交织”关系。在某些情况下，水能对钙钛矿产生积极作用，并赋予其优异的性能。深入理解水与钙钛矿的相互作用，对于其商业化应用至关重要。这篇综述总结了水（H₂O）与卤化铅钙钛矿（LHPs）相互作用的最新研究进展，重点探讨了生长调控、结晶调控及其与已形成钙钛矿的相互作用。文章深入分析了如何利用这些相互作用来设计高性能钙钛矿材料，以应用于发光二极管、太阳能电池、光电探测器、防伪技术和生物成像等领域。此外，还讨论了绿色合成、界面化学以及前驱体溶液化学中的挑战和未来发展方向。我们希望这篇综述能为研究人员提供新的见解，推动高性能钙钛矿材料和器件的进一步发展。

图1. 水与钙钛矿的作用及应用

要点一：生长调控

图2. 生长动力学调控

图3. 生长取向调控

图4. 物相、形貌和尺寸调控

要点二：结晶调控

图5. 薄膜结晶度调控

图6. 薄膜结晶取向调控

要点三：和已形成钙钛矿的作用

图7. 相变

图8. 异质结构建

图9. 水合作用

图10. 钙钛矿降解

要点四：应用

图11. 钙钛矿发光二极管

图12. 钙钛矿太阳能电池

图13. 光电探测器

图14. 防伪

图15. 生物成像

结论与展望

在本综述中，作者讨论了近年来关于水与铅卤化物钙钛矿相互作用的研究进展，重点关注生长调控、结晶调控及与已形成钙钛矿的相互作用。水以气态（湿度处理）和液态（反应溶液中）形式存在，将显著影响钙钛矿晶体和薄膜的生长动力学、取向、物相、形貌以及尺寸。通过调控水的暴露时间或引入水分到反应中，可以精确调节钙钛矿薄膜的结晶度和取向。对于全无机和有机-无机杂化钙钛矿，液态水或湿度处理能够诱导钙钛矿发生相变，并形成异质结或核壳结构。有机-无机杂化物的水合作用则通过有机阳离子与水之间的氢键作用实现。此外，深入理解钙钛矿表面的原子级降解机制对于优化水与钙钛矿的相互作用至关重要。这些相互作用提升了钙钛矿材料的光电和光伏性能，使其广泛适用于LED、钙钛矿太阳能电池、防伪技术、光电探测器和生物成像等领域。未来的研究将聚焦于绿色合成、界面化学和前驱体溶液化学，以进一步开发有前景的应用领域。本综述为水与铅卤化物钙钛矿之间复杂相互作用提供了深入见解，为其应用开辟了新的方向。

该项研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及中国博士后科学基金等项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.08.001