第三类液相加工体系问世！钙钛矿半导体技术新突破。 2026年3月5日，来自重庆大学、中国石油大学、香港城市大学及北卡罗莱纳大学教堂山分校的研究团队，在Nature Synthesis期刊上发表了题为A solvent-in-salt method for optoelectronic perovskite synthesis的高水平研究成果。
该研究通过开发一种全新的高盐电解液（Solvent-in-salt）液相制备体系，成功摆脱了传统钙钛矿制备对配位溶剂的长期依赖。该体系不仅能培育出高质量、高性能的钙钛矿晶体，更在环保、安全及生产稳定性方面实现了质的跨越。本论文通讯作者为邓业浩、钟杰、曾晓成、黄劲松；第一作者为田红星、殷琪、李一平。
科研突破：从配位溶解到静电屏蔽
铅卤钙钛矿凭借其卓越的光电性能，在清洁能源与先进医疗探测领域展现出巨大潜力。然而，自20世纪80年代以来，钙钛矿的液相加工长期局限于有机溶剂与氢卤酸两套体系，其本征属性限制了技术的规模化拓展。
研究组报道了第三种广谱液相加工体系——高盐电解液。与依赖配位作用的有机溶剂体系截然不同，该体系通过高离子浓度产生的静电屏蔽效应溶解原料。在这种全新的溶解模式下，关键成分铅离子能够以高度分散的离子化基元状态分布，有效避免了有机溶剂中易产生的大尺寸胶体的干扰。这一改变实现了钙钛矿晶体在离子/原子尺度上的精准堆垛生长，所制备的单晶载流子传输性能已足以媲美主流商业化无机半导体。
1 高盐电解液-让盐成为真正的溶剂
研究发现，当把大量的卤盐（如溴化锂、碘化锂等）溶解在少量的水或醇中，形成一种高盐电解液的浓盐溶液时，这种混合体系竟然能够溶解钙钛矿前驱体。在这一体系中，盐才是真正的溶剂，而水或醇实际上扮演了反溶剂的角色（稀释会导致钙钛矿析出）。这一发现彻底打破了对传统有毒有机溶剂的依赖。
图1：基于高盐电解液的钙钛矿合成流程。MAPbBr3钙钛矿在纯水或醇中不溶，但在加入大量盐形成高盐电解液后能有效溶解钙钛矿前驱体并生长出钙钛矿晶体。
2 机理揭秘：静电屏蔽效应是关键
在高盐电解液体系中，超高浓度的盐产生了极强的静电屏蔽效应。计算表明，溶液中的德拜长度（λD，即静电作用距离）随着盐浓度增加而急剧减小。通过分子动力学模拟可以看到在高盐电解液中，铅离子主要以电中性的PbBr3Li团簇形式存在，由于周围充满反离子，它们因屏蔽效应而保持分散、稳定存在。而当稀释高浓度的盐溶液时，屏蔽效应减弱，带电的(PbBr4Li)+和(PbBr3)-团簇出现，它们相互吸引并聚集，释放能量，从而驱动钙钛矿的结晶。这表明，SIS的溶解机理并非基于配位化学，而是基于与高温熔盐法类似的静电屏蔽物理机制，但高盐电解液在室温下即可实现。
图2：高盐电解液合成钙钛矿的机理。a，Pb2+溶解度随高盐电解液中盐/溶剂摩尔比的增加而显著提升。b，Pb2+离子间距与德拜长度呈线性关系，证实屏蔽效应的作用。c-e，分子动力学模拟显示，浓SIS中为分散的中性团簇（c），稀释后形成带电团簇并聚集结晶（d,e）。
3 高盐电解液生长的高质量钙钛矿单晶：性能媲美熔融法生长的无机半导体
基于高盐电解液体系可以成功制备氯、溴、碘多种组分的钙钛矿单晶。由于SIS溶液中抑制了传统有机溶剂中普遍存在的多核铅卤团簇（被认为是缺陷的主要来源），且水和醇的配位能力远低于DMF等溶剂，因此SIS生长的晶体质量更高。X射线摇摆曲线更窄、光学显微镜图像更均匀。更重要的是，高盐电解液生长的钙钛矿单晶展现了优异的电荷传输性能。其电子和空穴的迁移率（μ）均超过300 cm2 V-1 s-1，迁移率-寿命乘积（μτ）均超过0.02 cm2V-1，这一数值可与商用的无机半导体（如CdZnTe）相媲美。
图3：高盐电解液生长的钙钛矿单晶表征。a,b，SIS生长的晶体具有更窄的X射线摇摆曲线和更均匀的光学显微图像，表明结晶质量更高。c，拉曼光谱显示SIS溶液中多核团簇被抑制。g，SIS生长的单晶实现了创纪录的高迁移率-寿命乘积（μτ），媲美无机半导体。
4 绿色、安全、稳定，面向产业化的新途径
与DMF、2-ME等传统溶剂相比，高盐电解液体系（如水、醇、卤盐）在健康、火灾和反应性危害方面均更为安全（NFPA 704 绿色/蓝色）。此外，高盐电解液体系具有极低的蒸气压和良好的化学稳定性，非常适合工业化规模生产，可大幅降低对环境的影响。利用高盐电解液体系的温度依赖性或稀释结晶特性，可以高效地提纯钙钛矿原料。实验表明，仅需一个纯化循环，就能将Na+、K+、Ca2+等主要杂质浓度降低一个数量级至ppm级别，且三个连续循环的回收率仍保持在90%以上。这对于解决钙钛矿光伏产业化中的原料纯度和废弃组件回收非常重要。
图4：高盐电解液体系的安全性与物理性质。a，NFPA 704危险标识对比显示高盐电解液体系分（水、醇）比传统有机溶剂（DMF、2-ME）安全得多。b，高盐电解液体系具有极低的蒸气压，物理化学稳定性优异。
总结
本研究首次报道了利用绿色、安全的高盐电解液体系进行卤化物钙钛矿的液相加工。研究揭示了高盐电解液体系中盐是溶剂，溶剂是反溶剂的反直觉角色，并阐明了其基于静电屏蔽效应的独特溶解与结晶机理。利用高盐电解液体系生长的钙钛矿单晶在载流子传输性能上达到了新高度，可与传统高温熔融法生长的无机半导体相媲美。高盐电解液体系的绿色、安全、低成本和高稳定性，使其在高质量光电子器件制造、原料纯化和光伏组件回收等方面展现出广阔的工业化前景。该工作为其他离子型光电子材料的绿色液相加工提供了全新思路。（来源：科学网）
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s44160-026-01020-9
作者：邓业浩等 来源：《自然-合成》
