西南交大楊維清與中國科學院光電技術研究所嚴偉合作Small：水相剝離高本征水穩定的準二維CsPbBr3納米片

引言：

鈣鈦礦具有優異的光電性能，在發光二極管、太陽能電池、激光器、光電探測等領域具有應用廣泛的前景。但是這類材料環境穩定性差，極易受外界水、光、氧等因素的影響而發生結構退化而快速失效，從而限制了鈣鈦礦材料及其器件的進一步發展。提高鈣鈦礦量子點環境穩定性尤其是水穩定性的常規策略就是在材料表面包覆一層保護層——如疏水配體、有機聚合物、二氧化硅、氧化鋁等，一次隔絕材料與外界環境的接觸。但是這種保護層的存在往往又會對鈣鈦礦量子點的電荷傳輸造成影響，從而影響光電轉換器件的性能。因此，我們急需一種“免包覆”的本征穩定性提高策略。

成果簡介：

近日西南交通大學楊維清教授團隊提出一種鈣鈦礦水相剝離新方法，制備出了具有高本征水穩定性的準二維CsPbBr₃納米片，有效克服了由鈣鈦礦材料本征離子特性導致的遇水分解問題。這種通過“水相剝離”法制備的準二維CsPbBr₃納米片具有高的本征水穩定性，在水中分散保存168小時后仍能保持87%的發光強度。相較與傳統鈣鈦礦量子點，其光穩定性也得到了明顯提升。該工作為鈣鈦礦材料穩定性提升研究提供了新的思路。相關研究成果以“Aqueous Phase Exfoliating Quasi-2D CsPbBr₃?Nanosheets with Ultrahigh Intrinsic Water Stability”為題發表在《Small》上，碩士研究生謝美林為第一作者，青年教師李文助理研究員、嚴偉研究員和楊維清教授為共同通訊作者。該項工作得到了國家自然科學基金、四川省科技廳國際合作項目以及中央高校基礎研究經費等項目的支持。

圖文導讀：

圖1 水相剝離合成準二維CsPbBr₃納米片。

?a）CsPbBr₃納米片水相剝離示意圖；b）Cs₄PbBr₆納米晶、c）CsPbBr₃晶體、d）帶腐蝕臺階的CsPbBr₃晶體、e）準二維CsPbBr₃納米片的SEM圖像；f）XRD圖譜。

圖2 二維CsPbBr₃納米片表征。

?a)SEM圖像，b）TEM和高分辨TEM圖像，c）AFM圖像及高度剖面圖， d）吸收和發射光譜。

圖3 水相剝離過程中PL譜、PL衰變譜及分析結果。

a）PL譜。b）Cs₄PbBr₆納米晶浸水2 min、20 min、1 h及24 h后的PL衰變譜及擬合曲線。c）Cs₄PbBr₆納米晶浸水24 h、48 h、72 h后的PL衰變譜及擬合曲線。d）t₁和t₁百分比隨浸水時間變化曲線。

圖4 準二維CsPbBr₃納米片和CsPbBr₃量子點水穩定性測試。

a）準二維CsPbBr₃納米片和b）CsPbBr₃量子點（在純水上）隨時間演變光譜， c）熒光強度隨時間變化（QDs#1：純水上，QDs#2：CsBr飽和水溶液上），d）準二維CsPbBr₃納米片和e）CsPbBr₃量子點圖像。

圖5 準二維CsPbBr₃納米片和CsPbBr₃量子點光穩定性測試。

a）準二維CsPbBr₃納米片和b）CsPbBr₃量子點隨時間演變光譜，c）波長隨紫外光輻射時間變化，d）發光強度隨紫外光輻射時間變化。

小結：

全無機鈣鈦礦耐水性差問題仍然是其應用推廣的一大挑戰。研究者利用水相剝離法成獲得了具有高本征水穩定性的全無機準二維CsPbBr₃納米片，這種納米片能在水中分散168小時后保持87%的發光強度。此外該納米片不但量子產量高度82.3，同時還表現出良好的光穩定性。這項工作不但為鈣鈦礦本文穩定性提升的研究提供了全新的思路，更可能推進鈣鈦礦在低毒極性溶劑（如：水、乙醇）中的合成。

論文鏈接：

Aqueous Phase Exfoliating Quasi-2D CsPbBr3 Nanosheets with Ultrahigh Intrinsic Water Stability (Small, 2019, 1901994)

DOI: 10.1002/smll.201901994

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.201901994

本文由西南交通大學楊維清課題組供稿。

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