Adv. Funct. Mater.：CsPbBr3鈣鈦礦納米線與納米棒之間的可逆轉變及其偏振光電特性

【背景介紹】

以銫鉛鹵化物（CsPbX₃，X=Cl、Br、I）為代表的全無機鈣鈦礦半導體具有載流子遷移率高、擴散長度長、光電轉換效率高、熒光量子產率高等優點，其在光伏、光電、催化等領域有著廣闊的應用前景。由于尺寸和量子限制效應，納米CsPbX₃的物理性質可以進行靈活的設計，其中CsPbX₃超細納米線/納米棒的物理性質在軸向和徑向上具有顯著差異而備受關注。因此，合成尺寸和形貌可控的高質量納米CsPbX₃是其性質與應用研究的基礎。然而，目前在強量子限制尺寸范圍內對CsPbX₃納米棒/納米線的直徑和長度進行精細控制仍然面臨挑戰。

【成果簡介】

近日，清華大學王訓教授、南京師范大學徐翔星教授（共同通訊作者）等人報道了一種直徑2-3 nm超細CsPbX₃鈣鈦礦納米線的室溫合成法。研究發現，CsPbBr₃納米線的形態在反應溶液中能長時間穩定保存；而分散在環己烷中，它們會轉變成納米棒，納米棒的長度和直徑可通過濃度和時間調控；將這些納米棒分散到合成上清液中，又能重新轉變為納米線。作者在文中對該現象進行了深入分析和討論，加深了人們對鈣鈦礦納米材料穩定性、形貌和相轉變的認識。作者還研究了這些納米棒/納米線的偏振光電特性并制備了相應的線偏振光探測器。研究成果以題為“Reversible Transformation between CsPbBr₃ Perovskite Nanowires and Nanorods with Polarized Optoelectronic Properties”發布在國際著名期刊Adv. Funct. Mater.上。

【圖文解讀】

圖一、超細CsPbX₃鈣鈦礦納米線的TEM圖像
a）超細CsPbCl₃納米線；

b）超細CsPbCl_xBr_3-x納米線；

c）超細CsPbBr₃納米線；

d）超細CsPbBr_xI_3-x納米線；

e）超細CsPbI₃納米線；

f）其在環己烷溶液中和紫外光激發下的照片。

圖二、CsPbBr₃納米線和納米棒的XRD譜圖

圖三、CsPbBr₃納米棒和納米線的TEM/HRTEM表征與可逆轉化
a-d）不同尺寸CsPbBr₃納米棒的TEM圖像，其中a）≈5.2*18 nm、b）≈6.6*32 nm、c）≈8.5*55 nm和d）≈4.8*79 nm；

e-f）尺寸≈5.1*50 nm CsPbBr₃納米棒與轉化為納米線的TEM圖像；

g-h）尺寸≈4.6*45 nm CsPbBr₃納米棒與轉化為納米線的TEM圖像；

i）CsPbBr₃納米線與納米棒之間的相互轉化示意圖。

圖四、CsPbBr₃納米線和納米棒的光譜與尺寸分布
a）CsPbX₃納米線的紫外-可見光吸收光譜和PL光譜；

b-c）CsPbBr₃納米棒的紫外-可見光吸收光譜和PL光譜，以及直徑和長度分布。

圖五、CsPbBr₃納米棒（≈4.8*79 nm）的PL極化特性
a）鈣鈦礦膠體溶液線性極化激發的PL極化測量示意圖；

b）CsPbBr₃納米棒溶液的極化PL；

c-d）利用線性極化激發對鈣鈦礦薄膜進行PL極化測量的示意圖，以及CsPbBr₃納米棒薄膜的極化PL。

圖六、具有極化光電特性的定向組裝CsPbBr₃納米線
a）用于光電測量的叉指電極的圖像；

b）通過刷涂制備的組裝的CsPbBr₃納米線薄膜的典型SEM圖像；

c）通過垂直或平行于刷涂方向的線性偏振器觀察到的相應PL；

d）溶液和薄膜中CsPbBr₃納米線的極化吸收光譜；

e）定向組裝的CsPbBr₃納米線薄膜的偏振敏感光電探測性能。

【小結】

綜上所述，作者發展了一種室溫合成超細CsPbX₃納米線的方法。將CsPbBr₃納米線分散于環己烷，通過控制其濃度和室溫熟化時間，納米線可轉變成直徑和長度可調的納米棒。該過程無需添加反應物或表面活性劑、無需加熱、無需進一步純化即可實現形態轉變。所制備的納米線/納米棒具有與初始納米線相同的表面修飾配體和質量濃度。作者進一步實現了納米棒向納米線的反向轉變，提出了鈣鈦礦納米線和納米棒相互轉變的控制機理，為鈣鈦礦納米晶的形貌控制開辟了一條新的途徑，并有望應用于其他納米晶體和溶液體系。作者利用偏振吸收和發射模型研究了CsPbBr₃納米線和納米棒的偏振光電性質。其中，定向組裝的CsPbBr₃納米棒獲得了高達0.9的光致發光極化，制備了偏振型光電探測器。鈣鈦礦納米線和納米棒的偏振相關光電特性對研究1D/準1D系統中與維度相關的激子物理，以及對利用圖案化的納米線/納米棒組裝體構建新型功能化光電子器件提供了基礎和啟發。

文獻鏈接：Reversible Transformation between CsPbBr₃ Perovskite Nanowires and Nanorods with Polarized Optoelectronic Properties. Adv. Funct. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adfm.202011251.

本文由CQR編譯。

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