首爾大學Nat. Commun.：低維異質結構高發光 Cs-Pb-Br 鈣鈦礦

一、導讀

? ? ? ?鈣鈦礦材料其獨特的半導體特性，廣泛應用于太陽能電池、發光二極管、熒光粉、光電探測和激光器等光電功能器件。其晶體維度、空間結構、光電性能和光物理過程等，可以通過晶體結構設計、組分調控、溫度和壓力等因素進行調控。其中二維鈣鈦礦通過鹵素取代的方式，改變晶格形變勢能和自俘獲自陷激子（STE）的勢能外，鹵素取代增強晶體中電子-聲子耦合效率。這為調控二維鈣鈦礦中的電子-聲子耦合強度實現功能應用提供了一個通用可行的新思路。對低維鈣鈦礦材料的設計，例如零維和三維鈣鈦礦材料等，需要改進設計思路，拓寬應用范圍。

二、成果掠影

? ? ? ?本文通過提供一種有效策略，通過將金屬鹵化物鈣鈦礦顆粒嵌入絕緣主體基質中，機械化學合成誘導異質結構產生，實現引導異質結構配置增強Cs₄PbBr₆ 粉末的發光特性，零維銫-鉛-溴化鈣鈦礦 (Cs₄PbBr₆) 中觀察到的亮綠色發射引發了深入研究。通過對Cs₄PbBr₆ 粉末合成過程中光學和結構特性的時間依賴性評估的深入研究，結果顯示設計合成方案促進了 Cs₄PbBr₆/CsPbBr₃ 異質結構的內延形成，為制備用于發光應用的高發光鈣鈦礦發射器提供了關鍵見解。該項工作來自首爾國立大學Tae-Woo Lee、Jeongjae Lee和Keehoon Kang團隊，題目為：“Mechanochemistry-driven engineering of 0D/3D heterostructure for designing highly luminescent Cs-Pb-Br perovskites”，發表在NATURE COMMUNICATIONS上。

三、核心創新點

1. 兩種前驅體鹽（CsBr 和 PbBr₂）和研磨球放入容器（氧化鋁罐）中并連續旋轉。該過程導致不同的 Cs-Pb-Br 鈣鈦礦零維 Cs₄PbBr₆、3D CsPbBr₃ 和 2D CsPb₂Br₅ 相。旋轉磨型機械化學制備（?MCS） 的慢反應特性使得中間過程的細分成為可能分成幾個步驟，可以精確觀察中間相
2. Cs₄PbBr₆合成過程中對光學和結構特性的時間依賴性，進行深入的研究評估

? ? ? 3.設計合成方案促進了 Cs₄PbBr₆/CsPbBr₃ 異質結構的內延形成

四、數據概論

圖1? 用于合成鈣鈦礦相的整個 MCS 程序的示意圖? Year The Authors

圖2 MCS 過程中光學特性的時間演變和高發光綠色發射的起因探究? Year The Authors

圖3 通過 PXRD 分析鈣鈦礦結構的時間演化? Year The Authors

圖4 Cs-Pb-Br多晶型物的組成演變和競爭反應路徑的基本動力學? Year The Authors

圖5用于提高 CsPbBr₃-Cs₄PbBr₆異質結構發射率的目標設計合成路線? Year The Authors

五、成果展示

? ? ? ?在這項工作中，我們展示了一種有效的合成路線產生高度發光的不同相鈣鈦礦材料，跟蹤不同 Cs-Pb-Br 相的時間演變和0D Cs₄PbBr₆ 形成過程中的發射特性。經過利用機械化學制備（MCS?） 過程，觀察到3D CsPbBr₃ 相先于 0D Cs₄PbBr₆ 相的生長，并且 Cs₄PbBr₆ 在內延中的延遲形成，能夠預先形成 CsPbBr₃ 顆粒，在樣品表面上觀察到綠色發射光的存在。

? ? ? ?由于MCS程序的簡單性，本研究中建立的分析框架可以很容易地擴展到廣泛的鈣鈦礦相關材料。此外，高發射通過優化 MCS 獲得的 CsPbBr₃-Cs₄PbBr₆ 產物，通過進一步球磨減小尺寸來產生配體封端的納米晶體異質結構。這樣的 “自上而下”方法是一種很有前途的合成方法，為大規模金屬鹵化物鈣鈦礦的合成和功能化發光應用提供新的設計思路。

參考文獻

Baek K-Y, Lee W, Lee J, et al. Mechanochemistry-driven engineering of 0D/3D heterostructure for designing highly luminescent Cs-Pb-Br perovskites [J]. Nature Communications, 2022, 13(1): 4263.

文獻鏈接：

DOI：10.1038/s41467-022-31924-x

作者：金爵