楊培東JACS: 超細膠體銫鉛鹵化物鈣鈦礦納米線

【引語】

2016年9月27日，JACS網站在線發表了題為“Ultrathin Colloidal Cesium Lead Halide Perovskite Nanowires”的文章，通訊作者為加州大學伯克利分校的楊培東教授。在這篇快訊（communication）文章中，研究人員報道了利用無催化劑膠體合成以及逐步純化步驟制備亮度可觀的超細鈣鈦礦結構納米線的方法。

【成果簡介】

直徑小于激子波爾半徑甚至達到原子水平（小于3nm）的超細半導體納米線以其獨特的長徑比在過去數年里引起了極大的關注。此外，這種納米線擁有巨大的表面以及由量子限域效應引發的獨特性質，這些特點使得其可以作為連接納米材料與分子的模型系統加以研究。然而，目前的納米線尺寸只能控制在8nm左右，而這樣的尺寸正處在激子波爾半徑的邊界上，因此只能表現出非常弱的激子限域。

楊培東課題組的研究人員發展了一種能夠制備尺寸高度均一的超細單晶CsPbBr₃納米線。這種納米線的直徑在2.2 ± 0.2 nm，比CsPbBr₃激子波爾半徑（7nm）還要小，經過純化和表面處理，這種納米線的光致發光量子產率（PLQY）可以達到30%。此外，通過陰離子交換反應，研究人員在維持納米線超細形貌的前提下可以操控其中的鹵素成分，從而實現納米線光學性質的調控。

【圖文導讀】

圖1：超細CsPbBr₃納米線的純化過程

該項研究利用乙酸乙酯（EA）作為反溶劑（antisolvent），通過加入不同體積的EA逐步地將納米線從其他雜志中分離出來。這種逐步純化技術能夠將樣品產率提高到90%以上。圖1的TEM圖像還顯示，當樣品在TEM網格中干燥時，納米線會趨向于平行排列并且形成密集堆積的高度有序陣列結構。

圖2：高度有序納米線陣列的表征

(a) 超細CsPbBr₃納米線的SAXS以及XRD；

(b) 單根超細CsPbBr₃納米線的像差校正HRTEM（AC-HRTEM）圖像；

(c, d) 圖b中紅色選取的偽色圖像（false-colored image）及對應的衍射圖樣；

(e, f) 斜方晶系CsPbBr₃納米線的模擬AC-HRTEM圖像及其對應的衍射圖樣；

(g, h) 立方晶系CsPbBr₃納米線的模擬AC-HRTEM圖像及其對應的衍射圖樣。

圖3：超細納米線的量子限域效應

(a) 光學吸收（實線）和光致發光（虛線）光譜；

(b) CsPbBr₃超細納米線、10±2nm納米線、納米晶以及納米板的低分辨TEM和AC-HRTEM圖像。

圖4：納米線陰離子交換過程

(a) 陰離子交換的超細納米線膠體溶液及相應的鹵素離子交換的樣品光致發光光譜；

(b) Cl-和I-交換納米線的TEM圖像。

小結：

這篇文章發展了合成和純化超細納米線的方法，并用諸如AC-HRTEM等結構表征技術分析了材料的晶體結構。此外，研究人員還論證了陰離子交換反應能夠調控納米線的光學性質。強大的量子限域效應與帶隙調控相結合使得這些超細納米線能夠作為研究一維鈣鈦礦鹵化物量子限域效應的理想模型。

文獻鏈接：Ultrathin Colloidal Cesium Lead Halide Perovskite Nanowires（JACS, 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b08373）

該文獻匯總由材料人編輯部學術組John-chern供稿，材料牛編輯整理。

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