西安交大吳朝新Nano Energy: 雙端橋連配體實現室溫高效CsPbBr3納米晶的合成及其發光二極管

鋼鐵俠 4年前 (2020-02-24) 4143瀏覽

【引言】

近年來鈣鈦礦納米晶具有熒光量子產率高,易于通過組分調控的發光光譜范圍，以及簡易便捷的合成方法等特點使其在發光二極管領域的應用方面展現出明顯優勢。純無機鈣鈦礦納米晶相比于有機無機雜化鈣鈦礦具有更佳的環境穩定性，則倍加受到研究者們的關注。然而，無論在何種鈣鈦礦納米晶的制備過程中，烷基鏈配體必不可少。這些配體的絕緣性限制了載流子在納米晶之間的傳輸，導致了最終納米晶器件低劣的性能。目前為止，大量工作已經采用各種巧妙的配體工程實現了納米晶熒光量子效率和相應LED器件性能的提升，然而關于此方面仍然需要更多新方案及策略的提出，尤其是面向室溫合成的CsPbX₃納米晶，以實現鈣鈦礦納米晶發光二極管能面向實際應用的目標。

【研究內容】

為了提高室溫合成CsPbBr₃納米晶的熒光量子效率及載流子在由其組裝的納米晶薄膜中的有效傳輸，以達到基于鈣鈦礦納米晶發光二極管器件效率提高的目的，吳朝新教授團隊提出采用具有雙端配位基團的溴胺鹽對室溫合成的CsPbBr₃進行原位鈍化，以減少納米晶表面溴空位的存在造成的納米晶熒光量子量子效率低下的問題。研究結果表面經1,8-正辛胺二溴（BOABr₂）鈍化后，納米晶的熒光量子效率最高可達98%；同時由于BOABr₂配體的引入，使得最終形成的納米晶薄膜中的載流子傳輸通道發生了重組，提高了電荷在納米晶薄膜的傳輸性能。最終，通過進一步的優化鈍化配體的鏈長，基于1,4-正丁胺二溴鹽（BDABr2）鈍化的CsPbBr₃納米晶制備的LED器件表現出最大發光亮度14021 Cd m^-2，最大電流效率25.5 Cd A^-1的優異器件性能。這項工作進一步表明了配體工程對改善及促進鈣鈦礦納米晶在發光照明領域的應用具有重要意義，同時也為未來解決室溫合成鈣鈦礦納米晶面向實際應用所需要突破的瓶頸提供了一個具有參考價值的新策略。

該項研究工作以題目為“Surface mediated ligands addressing bottleneck of room-temperature synthesized inorganic perovskite nanocrystals toward efficient light-emitting diodes”近期發表于國際期刊Nano Energy 70 (2020）104467。第一作者為課題組代錦飛博士，西安交通大學為第一作者單位。該工作得到自然科學基金委（編號61875161和 11574248）項目的支持。

西安交通大學吳朝新教授團隊長期研究新型功能材料的“光-電”與“電-光”物理機制及其器件應用如太陽能電池與發光二極管，近期有多項重要成果發表于國際頂級期刊：Joule，Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Angewandte Chemie International Edition, ACS Energy Letter, Nano Energy等，更多研究內容可參見吳朝新教授課題組主頁：http://zhaoxinwu.gr.xjtu.edu.cn

【圖文導讀】

圖一. CsPbBr₃ 納米晶鈍化過程及其光學特性