卤化铅钙钛矿由于其高吸收系数、缺陷容限、可调带隙和优异的电荷转移性能等而引人注目，并在各种光电领域中表现出巨大的潜力，特别是掺杂稀土离子的材料，可以显著地提高其性能并拓宽其应用。自2017年首次发现Yb3+掺杂CsPbCl3钙钛矿纳米晶以来，学术界关于钙钛矿中是否存在镧系离子（Ln3+）一直存在争议，如：Ln3+掺杂是否成功；卤化铅钙钛矿中Ln3+的取代位点尚不明确； Ln3+是否占据Pb2+的位点、晶格间隙位点和/或钙钛矿的表面。
如何从材料学的角度跨界解决光学领域的难题越来越吸引了各国学者的极大兴趣。但因钙钛矿极不耐辐照而导致其在透射电子显微镜下极易分解成卤化盐，这对实验量化证明稀土的作用提出了巨大挑战。该研究首次使用透射电子显微镜直接在原子尺度识别了CsPbCl3钙钛矿中的掺杂Yb3+，证实了Yb3+同时取代Pb2+并占据晶格间隙位置。此外，课题组还通过原子探针断层扫描术直接观察到近原子尺度的CsPbCl3单晶的团簇现象。利用DFT模型进一步证实并解释了实验机理。该研究结果提供了对卤化铅钙钛矿中镧系离子掺杂机制的原子水平理解，并将引领掺杂对钙钛矿性能影响的新思路。
CsPbCl3:Yb3+钙钛矿元素分布与计算的结构图
刘卯系资源循环科学与工程专业的教授，任辽宁省冶金资源循环科学重点实验室主任，长期从事国家战略矿产资源综合利用及相关材料设计与研发。
