近日，南方科技大学化学系杨烽课题组以“Synthesis of single-unit-cell-thick perovskites by liquid-phase confined assembly for high-performance ultrastable X-ray detectors”为题在《自然-合成》（Nature Synthesis）上发表学术论文，该刊同时以 News & Views 的形式刊发了以“Encapsulated halide perovskites”为题的文章，系统亮点评述了限域一维单胞链钙钛矿X射线探测器研究工作的创新性。

金属卤化物钙钛矿因其在光电领域的优异性能受到人们广泛关注。然而，钙钛矿在工况条件下或复杂后处理过程中的结构不稳定性限制了其在实际应用中的潜力。如何在不牺牲钙钛矿性能的前提下保持长期的稳定性，成为该领域研究的难点和热点。单壁碳纳米管的单原子层厚、卷曲石墨烯层可以看作是近乎透明的导电层，为稳定物质的结构并传递管内外物质的性质提供了独特的模版。

杨烽课题组在前期对分子尺度上限域空间物质传质和组装机理理解的基础上，提出了一种双溶剂相组装策略，利用单壁碳纳米管作为一类独特的“萃取剂”，在一维纳米空腔内实现了单胞钙钛矿一维链的限域组装和生长。单壁碳纳米管的管径恰好匹配钙钛矿单胞尺寸，生长的α相钙钛矿具有均一的单胞宽度以及特定的晶向。这种双溶液相限域组装方法具有高效、快速、可规模化制备以及可拓展性等优势，实现了涵盖全无机、有机-无机杂化、无铅、中/高熵钙钛矿等多种类型钙钛矿单胞链的精准合成，并通过溶液相离子交换实现单胞链钙钛矿元素可控掺杂。该合成方法也适用于氮化硼纳米管等其他一维模板。作者利用原子分辨电镜、光谱结合分子动力学模拟，揭示了良溶剂/不良溶剂分子在纳米孔道内的选择性输运促进钙钛矿生长的机制。

图1. a）双溶剂相限域组装一维单胞链钙钛矿；b）X射线探测器示意图；c）一维单胞链原子结构和电荷的演变

不同于钙钛矿三维晶体结构（如：CsPbI₃），一维单胞链晶体的共面、共棱的原子数发生改变，因此展现出非常规化学计量比，如：[Cs₄PbI₅]⁺。样品大范围元素定量分析结果表明元素比例与理论化学计量比[Cs₄PbI₅]⁺近乎一致，证实了带负电荷的单壁碳纳米管作为抗衡阴离子稳定了钙钛矿一维单胞链，形成[Cs₄PbI₅]⁺@SWCNT^-杂化结构。这类具有独特原子和电子结构的一维单胞链组装体具有“阳离子-π”强相互作用，稳定了单胞链钙钛矿的结构，并抑制了单胞链结构中的离子迁移。

基于高熵钙钛矿@单壁碳纳米管异质结构筑的X射线探测器展现出超高灵敏度、极低暗电流和暗电流漂移、极低的检测限和信噪比等一系列优异的综合指标，该研究已超过了目前商业半导体和所有已报道最先进的单晶钙钛矿X射线探测器性能。更重要的是，这类限域一维单胞链钙钛矿探测器在严苛的工况条件下（如：连续辐照、暴露潮湿空气91天、浸泡水中4天）仍保持优异且稳定的性能。这一简单、低成本、可规模化的溶液相可控合成方法为构筑下一代钙钛矿X射线探测器提供了新思路，解决了工况条件下钙钛矿结构稳定性这一长期存在的难题。

论文第一作者为南方科技大学化学系2022级硕士研究生宋美慧、中国科学院深圳先进技术研究院赵波博士，通讯作者为杨烽、中国科学院深圳先进技术研究院副研究员李云龙。南方科技大学为论文第一单位。研究团队成员李博文、王昆、蒋宇龙、贾国栋、赵鑫、于博源为该工作做出重要贡献。相关研究已申请中国发明专利。该工作得到了南方科技大学皮米中心先进电子显微镜平台的大力支持，以及国家自然科学基金重大研究计划集成、培育项目、优秀青年科学基金、面上项目、科技部等项目的资助。

研究论文链接：https://www.nature.com/articles/s44160-025-00785-9

News & Views文章链接：https://doi.org/10.1038/s44160-025-00802-x