ハイブリッドペロブスカイトの有機格子における電子機能を静電バッファリングで活性化 (Electrostatic Buffering Activates Electronic Function of Organic Sublattices in Hybrid Perovskites)

2026-10-30 中国科学院(CAS)

中国科学院福建物質構造研究所の研究チームは、有機・無機ハイブリッドペロブスカイトの電荷輸送性能を大幅に向上させる「静電緩衝ラジカルカップリング(EBRC)」戦略を開発した。この手法は、ラジカルを含む有機分子間に静電的な緩衝物質を導入し、局所的な電荷密度の偏りやクーロン反発を抑制することで、分子間の電子的相互作用を回復させるもの。ビオロゲン系ペロブスカイトを用いた実験では、水分子が緩衝材として機能する材料において、電気伝導率が約185倍、電子移動度が約93倍に向上し、光電流も約100倍に増加した。分光分析などから、光照射による電子構造の変化と、127フェムト秒という極めて短時間での電子移動が確認された。本研究は、分子間距離を単純に縮める従来の設計とは異なり、静電環境の制御によって有機成分の電子機能を引き出す新しい材料設計原理を提示するものである。

ハイブリッドペロブスカイトの有機格子における電子機能を静電バッファリングで活性化  (Electrostatic Buffering Activates Electronic Function of Organic Sublattices in Hybrid Perovskites)
Illustration of the research (Image by Prof. LIN and Prof. GUO’s group)

<関連情報>

静電的に緩衝されたラジカルカップリングによるハイブリッドペロブスカイトにおける有機サブ格子の電子機能の活性化 Activating Electronic Functionality of Organic Sublattices in Hybrid Perovskites Through Electrostatically Buffered Radical Coupling

De-Lin Hu, Wen-Yan Xu, Fei-ping Lai, Shu-Juan Lin, Guo-Cong Guo
Angewandte Chemie International Edition  Published: 24 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.8462867

Abstract

Organic–inorganic hybrid perovskites have emerged as important optoelectronic semiconductors, yet their chemically versatile organic sublattices remain largely electronically inactive. In this study, we introduce electrostatically buffered radical coupling (EBRC) as an alternative electronic-coupling mode for activating organic sublattices. By inserting an electrostatic buffering medium between neighboring organic radicals, EBRC alleviates the intrinsic limitation of direct radical π-stacking, where strong Coulombic repulsion within partially filled radical bands promotes Mott–Hubbard-type localization. Using photochromic viologen-based hybrid perovskites as model systems, we directly compare EBRC with conventional compact radical π-stacking. Counterintuitively, despite the larger intermolecular separation and reduced orbital overlap, the EBRC system exhibits an approximately 100-fold enhancement in conductivity and photocurrent, whereas the compact radical π-stacked counterpart shows only negligible improvement. The EBRC system further increases carrier mobility by approximately 70-fold, facilitates efficient organic–inorganic electron transport, and enables light-induced reversible reconstruction of the band-edge electronic structure. These findings establish electrostatic buffering as a complementary design principle for engineering intermolecular electronic coupling beyond the conventional orbital-overlap paradigm, providing a general framework for activating electronically functional organic sublattices in perovskites and related radical semiconductors.

0501セラミックス及び無機化学製品
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