南广军

男， 浙江师范大学物理与电子信息工程学院， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

1999年9月-2003年6月，吉林大学物理学院，学士
2003年9月-2006年6月，吉林大学原子与分子物理研究所，硕士
2006年9月-2009年6月，中国科学院化学研究所，博士
2009年7月-2012年12月，哈尔滨工业大学基础与交叉科学研究院，讲师
2013年1月-2018年9月，哈尔滨工业大学化工与化学学院，副教授
2014年3月-2015年11月，美国加州州立大学北岭分校，博士后
2016年1月-2017年11月，比利时蒙斯大学，博士后（入选“欧盟玛丽居里学者”）
2018年10月至今，浙江师范大学物理与电子信息工程学院，教授

研究领域和兴趣

理论计算化学/计算材料

主要业绩

光电材料的核心困难可归结为三个方面：激发态、电子相关和电子-振动耦合。对于激发态，特别是大尺度复杂体系的激发态，一直是理论研究的一个难题；电子相关与电子-振动耦合在理论上是多体效应，必须超越常用的平均场近似。光电材料中的缺陷进一步使这些问题复杂化。有机金属卤化物钙钛矿虽然具有晶格周期性，但无机晶格较柔软，导致几何构型在光照条件下可以发生显著畸变。此外，钙钛矿包含的有机阳离子具有强烈的动力学行为，其与无机晶格的耦合效应进一步复杂化光致诱导的结构畸变和光电性能，使得理论揭示有机金属卤化物钙钛矿的光电性能微观机制及提出材料的改性策略面临着巨大挑战。
申请人长期理论研究三维和二维有机金属卤化物钙钛矿的光电性质。为合理描述不同类型钙钛矿材料的激发态、电子相关和电子-振动耦合，申请人发展了适用于大尺度周期性体系的含时密度泛函理论方法，所采用的空间分割杂化泛函能够描述不同钙钛矿体系的长程电子-空穴相互作用以及激子与晶格耦合效应。申请人将该方法用于研究有机金属卤化物钙钛矿材料的光学吸收、光致几何结构畸变、激子分离、电荷传输和离子迁移过程，分析了缺陷态性质与结构畸变、化学组分的关联，提出了有机阳离子对光电性能的关键影响。这些研究可以分为以下几个方面。
1、申请人发展了基于线性响应的含时密度泛函理论方法，描述了激子与振动耦合效应，可以采用PBE泛函和空间分割杂化泛函计算大尺度周期性体系的激发态受力，进而得到最低能量激发态的几何构型及相应的激子能级和激子密度分布。在此基础上，申请人将电子自旋自由度引入该方法，可以计算激子精细结构。这些方法不仅适用于三维钙钛矿体系，也适用于低维钙钛矿体系。
2、申请人应用这些方法研究了三维钙钛矿的光致晶格变化。研究发现，当三维钙钛矿的无机晶格较为柔软时，在缺陷附近存在强烈的激子-极化子效应，导致缺陷附近晶格发生严重畸变，使得基态构型的潜能级缺陷转变为激发态构型的深能级缺陷，诱使电子和空穴局域在缺陷附近。然而，通过化学组分调控增强无机晶格硬度，可以显著减弱激子-极化子效应，从而抑制光诱导的深能级缺陷的形成，为改善三维钙钛矿的激子分离效率提供了材料改性策略。
3、申请人发现了三维钙钛矿的氢键对几何结构和光电性能具有重要的影响。研究指出，在三维钙钛矿体相，有机阳离子与卤素离子之间形成氢键可以诱导有机阳离子具有特定的取向，有机阳离子的强电偶极性可以修复激发态构型的深能级缺陷，有效抑制激子发生非辐射复合，揭示了三维钙钛矿薄膜具有较高激子分离效率的微观机制。在三维钙钛矿表界面，氢键促使有机阳离子具有特定的取向，调控表界面缺陷性质和能带弯曲程度，解释了实验观测的三维钙钛矿表界面的几何结构重构，并指出表面氢键可以提高卤素离子在表面的迁移能垒，为抑制三维钙钛矿的卤素离子迁移提供了新思路。
4、申请人研究了二维钙钛矿的激子精细结构，明确了最低能量激子能级的暗态性质和该能级上方的三个激子能级的亮态性质，通过跃迁振幅分析建立了每一个激子能级与单粒子轨道的包含关系。更重要的是，申请人澄清了二维钙钛矿有机配体对最低的四个激子态的影响，理论预测了四级激子的存在，并发现有机配体的电偶极性可以调控四级激子强度。
5、申请人研究指出，二维钙钛矿的尺寸较小的有机阳离子电偶极性和有机配体/无机晶格耦合可以协同诱导激子沿着无机层法线方向发生分离，提出了层间激子分离克服有机配体产生的势垒的微观机制，合理解释了实验观测的“量子限域破缺”现象，并发现晶格动力学可以导致晶格对称性破缺，从而可以沿着无机层法线方向形成电荷转移激子。
6、申请人提出了光诱导的二维钙钛矿的无机晶格畸变描述符，建立了晶格畸变程度与层间激子分离程度的关联性，指出通过调控金属组分增加无机晶格硬度，可以减弱光致晶格畸变程度，明确了晶格畸变越小可以导致激子极化子效应减弱，从而增大激子结合能，合理解释了铅基二维钙钛矿的激子结合能大于锡基二维钙钛矿的激子结合能的实验现象。

代表成果

1. Qingjie Feng, Xu Zhang* and Guangjun Nan*, Out-of-Plane Quadrupolar Excitons in Ruddlesden-Popper Perovskites: Theoretical Insights into the Effects of Organic Spacer Cations, Materials Horizons, 2025, 12(17), 6822-6830, DOI: 10.1039/d5mh00166h
2. Weijian Tao, Guohua He, Qingjie Feng, Yiyang Wang, Tianjing Li, Yahui Li, Enzheng Shi, Guangjun Nan* and Haiming Zhu*, Direct Charge-Transfer Transition Drives Triplet Generation and Photon, Journal of the American Chemical Society, 2025, 147(51), 47280-47288, DOI: 10.1021/jacs.5c14867
3. Hongzhi Zhou, Qingjie Feng, Cheng Sun, Yahui Li, Weijian Tao, Wei Tang, Linjun Li, Enzheng Shi, Guangjun Nan* and Haiming Zhu*, Robust Excitonic Light Emission in 2D Tin Halide Perovskites by Weak Excited State Polaronic Effect, Nature Communications, 2024, 15, 8541, DOI: 10.1038/s41467-024-52952-9
4. Xiaohua Tan, Qingjie Feng and Guangjun Nan*, Organic Cation Promote Exciton Dissociation in Ruddlesden-Popper Lead Iodide Perovskites: A Theoretical Study, Materials Horizons, 2024, 11(9), 2248-2257, DOI: 10.1039/D3MH01773G
5. Qingjie Feng and Guangjun Nan*, Crystalline Phases Regulate Electronic Trap States at Defective Surfaces of Lead Halide Perovskites, The Journal of Physical Chemistry Letters, 2022, 13(49), 11473-11480, DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c03247
6. Chi Zhang, Qingyue Tang, Mingfang Zhang and Guangjun Nan*, Iodide and Charge Migration at Defective Surfaces of Methylammonium Lead Triiodide Perovskites: The Role of Hydrogen Bonding, Applied Surface Science, 2022, 604, 154501, DOI: 10.1016/j.apsusc.2022.154501
7. Qingjie Feng, Xu Zhang and Guangjun Nan*, Unveiling the Nature of Light-Triggered Hole Traps in Lead Halide Perovskites: A Study with Time-Dependent Density Functional Theory, The Journal of Physical Chemistry Letters, 2021, 12(50), 12075-12083, DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c03652
8. Sascha Feldmann, Stuart Macpherson, Satyaprasad P. Senanayak, Mojtaba Abdi-Jalebi, Jasmine P. H. Rivett, Guangjun Nan, Gregory D. Tainter, Tiarnan A. S. Doherty, Kyle Frohna, Emilie Ringe, Richard H. Friend, Henning Sirringhaus, Michael Saliba, David Beljonne, Samuel D. Stranks* and Felix Deschler*, Photodoping through Local Charge Carrier Accumulation in Alloyed Hybrid Perovskites for Highly Efficient Luminescence, Nature Photonics, 2020, 14(2), 123-128, DOI: 10.1038/s41566-019-0546-8
9. Guangjun Nan*, David Beljonne, Xu Zhang and Claudio Quarti, Organic Cations Protect Methylammonium Lead Iodide Perovskites against Small Exciton-Polaron Formation, The Journal of Physical Chemistry Letters, 2020, 11(8), 2983-2991, DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c00673
10. Guangjun Nan, Xu Zhang, Mojtaba Abdi-Jalebi, Zahra Andaji-Garmaroudi, Samuel D. Stranks, Gang Lu* and David Beljonne*, How Methylammonium Cations and Chlorine Dopants Heal Defects in Lead Iodide Perovskites, Advanced Energy Materials, 2018, 8(13), 1702754, DOI: 10.1002/aenm.201702754

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