变色龙利用体内的色素细胞和皮下虹细胞完成变色，人类模仿其能力，研发出许多光致变色、电致变色、热致变色材料。近年来，压致变色也开始进入研究者的视线。去年，中山大学苏成勇教授研究团队设计了一种MOF框架，可实现压力响应的荧光变色[1]。压致变色MOF单晶。图片来源：Chem[1]近日，新加坡南洋理工大学熊启华课题组与合作者在Sci.Adv.杂志上发表文章，研究了通过压力诱导的二维有机铅卤化物钙钛矿晶体的变色行为。在0到3.5GPa内的中等压力下，苯乙基胺铅碘化物（(PEA)2PbI4）二维晶体其光致发光可以连续红移，显示出高达meV超大能量的颜色可调范围，且完全可逆，发光强度几乎保持不变。钙钛矿晶体压致变色。图片来源：LiuSheng[2]其实，压力对钙钛矿型晶体的影响已有不少报道，比如有文献曾指出，混合型钙钛矿半导体(MA)PbI3(MA=CH3NH3+)，在压力高于60GPa以上时，可以导致晶体结构发生改变，带隙减小接近于0，表现出金属的特性[3]。年，有研究者整理了压力对有机-无机杂化钙钛矿的结构、物理特性和光电性能的影响综述，详细论述了其潜在的作用机制[4]。(MA)PbI3钙钛矿压力诱导金属化。图片来源：JACS[3]不同的是，在本篇工作中，有机-无机杂化钙钛矿晶体在一定压力下呈现出可逆的颜色变化。研究者探究了(PEA)2PbI4二维晶体的压力诱导光学响应，将~40μm大小、厚度~1μm的材料放置于金刚石压砧（diamondanvilcell，DAC）中密封，并施加压力。在0到3.5GPa的压力下，晶体的发射荧光从绿色逐渐变为红色。有趣的是，如果逐渐释放压力，晶体荧光可以恢复到原来的颜色，整个过程具有良好的可逆性。二维钙钛矿(PEA)2PbI4压致可逆变色示意图。图片来源：Sci.Adv.当然，如果压力继续变大，晶体荧光将持续红移，然后迅速熄灭，失去可逆性。通过光谱的测量，我们也不难发现，在可逆区（3.5GPa），荧光发射光谱的能量从绿色（2.38eV）移动到红色（2.06eV），其结果与荧光图像一致。究其原因，在中等压力下，压缩过程导致苯环层间距减小，相互作用增强。而当所加压力超过临界值时，晶体结构发生了不可逆的改变，荧光消失。不同压力下的钙钛矿光谱测量。图片来源：Sci.Adv.二维钙钛矿晶体结构到底是如何变化的呢？通过模拟计算，研究者发现，Pb─I无机部分在受压下几乎没有变化，而有机物部分苯乙胺（PEA）则在面外方向被大大压缩。为了减小体积，环与C2H4NH3+之间的碳碳键（C-C）发生了强烈的弯曲，在压力之下被迫彼此靠近。因此，有机层在某种程度上类似于弹簧形成的缓冲层，晶体被压缩时，“弹簧层”不断收缩吸收能量；当压力逐渐减小时，“弹簧层”释放吸收的能量，因此实现了可逆性。一旦“弹簧层”受压超出了承受范围，就造成了不可逆的晶体结构改变。各向异性压缩诱导模拟计算。图片来源：Sci.Adv.尽管对有机无机杂化钙钛矿的高压研究尚处于起步阶段，但已经观察到了很多有趣的现象。二维钙钛矿(PEA)2PbI4在中等压力范围内，具有较宽的带隙可调性，量子产率几乎不变，且具有可逆性，这比传统半导体更具优势。同时，由于压力范围相对较低，在实际应用中，可以摆脱DAC的依赖，这意味着该二维材料有着相当大的应用潜力。Nature网站也撰文推荐了该工作，称之为“变色龙”晶体，认为该工作有望用于纳米级激光器和其他发光器件[2]。原文（扫描或长按
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