北科大Advanced Science: 高強度藍光發射的CsPbBr3二維自組裝納米晶

Alisa 4年前 (2019-05-16) 6938瀏覽

【引言】

金屬鹵化物鈣鈦礦材料因其在光電子和光子學領域的優異應用前景而引起了學者們的廣泛關注。近年來，全無機鹵化物鈣鈦礦納米晶或量子點展現出極其優異的光學性能，如高的熒光量子產率（PLQY）、窄的半峰寬等，成為了研究熱點。相比于紅光和綠光的銫鉛鹵化物鈣鈦礦量子點（PLQY接近100%），藍光銫鉛鹵化物鈣鈦礦納米晶/量子點的光致發光量子產率相當低，因為這種寬帶隙材料的高能激子很容易被帶間陷阱捕獲，進而產生非輻射衰變。因而，探索一種具有高PLQY的藍光鈣鈦礦納米晶/量子點具有重要的意義。

【成果介紹】

北京科技大學田建軍教授團隊近年在藍光發射鈣鈦礦量子點/納米晶進行了大量研究工作，旨在獲得高PLQY、高穩定性的藍光發射的材料。2018年，該團隊提出CsPbBr₃@CsPbBrx核殼結構量子點。基于量子尺寸效應，通過減小綠光CsPbBr₃的尺寸，將帶隙提升到藍光寬帶隙；同時引入一種非晶核殼結構，有效減少激子猝滅，最終實現高藍光PLQY（84%）。該研究結果發表在ACS Energy Lett.（2018, 3, 245-251，影響因子12.277），并入選ESI高被引論文。但是，非晶殼的穩定性差，易于晶化。該團隊與香港城市大學Andrey Rogach教授合作，在鹵化物鈣鈦礦量子點結構中引入Cu²⁺摻雜。EXAFS分析顯示，Cu離子引入提升了B位原子與X位原子的鍵能，進而提高了材料結構的熱穩定性；同時原子排序更加規則，晶格畸變減少，有利于電荷的輻射復合和熒光量子產率。最終獲得高熱穩定性（~250℃）和高PLQY(>80%)的藍光發射鈣鈦礦量子點，研究結果發表在J. Phys. Chem. Lett.（2019, 10, 943-952）。這一研究結果為鹵化物鈣鈦礦量子點實際應用提供了參考。

最近，該團隊與Andrey Rogach教授合作，在Advanced Science上報道了他們在藍光發光全無機銫鉛鹵化物鈣鈦礦納米晶上的最新研究成果，題為“Spontaneous Self-Assembly of Cesium Lead Halide Perovskite Nanoplatelets into Cuboid Crystals with High Intensity Blue Emission”。這個工作提出了一種新型結構的納米晶。通過控制反應生長動力學過程，將2D鈣鈦礦納米片自組裝成更大尺寸（≈50nm×50 nm×20 nm）的長方體晶體，在這種結構中，通過在立方形支架內被有機配體彼此隔離的2D納米片構成多量子阱，其中局域在潛在的無序位點上的激子幫助它們繞過存在于其他納米片中的非輻射復合通道。最終，這種CsPbBr₃長方體納米晶展示了以480nm為發射中心的高達91%的PLQY。此外，使用相同的組裝方法，制備混合陰離子CsPb(Br/Cl)₃納米組裝體，其發射峰在452-470nm時仍然保持極高的PLQY (72-83％)。該組裝晶體的結晶性好、缺陷態低和良好穩定性。

【圖片導讀】

圖1. CsPbBr₃中間相納米片的（a）TEM和（b）HRTEM圖片. CsPbBr₃組裝長方體納米晶的(c）TEM和（d）HRTEM圖片

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