Angew. Chem. Int. Ed.：高效率可調光致發光特性和高穩定性的超薄二維有機無機雜化鈣鈦礦納米片材料

【引言】??

單層或少層二維納米材料，相比其同類材料，具有獨特的特征、極高的潛在應用等特點，成為當今研究的熱點。有機無機雜化鈣鈦礦材料，擁有許多吸引人的特征包括高的吸收系數、強的光致發光特性、低的勢阱態密度等等，其也被廣泛研究過，但是關于超薄二維有機無機雜化鈣鈦礦納米材料的報道卻很少。眾所周知，二維納米材料的性能與其厚度有強烈的關系，強的光與物質相互作用、結構弛豫、光致發光轉換等特性在原子級的二維納米材料被發現。但是，現在制備二維鈣鈦礦材料的一般方法都存在許多問題，制備二維鈣鈦礦材料仍是當今的重要挑戰。

【成果簡介】

近日，來自新加坡南洋理工大學張華（通訊作者）等人第一次用一種快速簡單的結晶方法制備出了超薄二維 (PEA)₂PbX₄ 納米片材料，材料的橫向尺寸可以根據溶劑類型來調控，更重要的是，這種材料具有可調的發光特性、狹窄的發射譜線寬度、高的量子產率、很好的穩定性等特點，他們工作大大推動了二維鈣鈦礦材料的應用。

他們率先使用甲苯作為溶劑結晶制備出(PEA)₂PbX₄ 納米片材料，發現C₈H₉NH₃I 和 PbI₂比例為2：1時，所得的材料光致發光效率最大，并用XRD、TEM、AFM等表征手段對其形貌、尺寸、結構進行了研究。他們還進行了氯苯、氯仿、二氯甲烷作為溶劑的對比實驗，發現了所制備的二維納米片材料橫向尺寸可以根據溶劑類型來調控。他們制備了不同鹵素原子的(PEA)₂PbX₄ 納米片材料，發現了該種材料的光致發光的可調性。并對(PEA)₂PbI₄納米片材料進行了濕度、溫度穩定性的研究，以傳統的MAPbI₃ QDs材料進行對比，發現了其具有高的穩定性。

他們的工作提供了一種簡單普遍可控制備二維有機無機雜化鈣鈦礦納米片材料方法，為該類材料的基礎研究和光電方面的應用提供了一個新途徑。

【圖文導讀】

圖1? (PEA)₂PbI₄ NSs材料制備原理及其光致發光現象和形貌、大小、結構的表征

（a）制備單層(PEA)₂PbI₄有機無機雜化鈣鈦礦納米片（NSs）示意圖，綠色和紅色的箭頭分別代表PEA陽離子與溶劑分子和PbI₄框架的相互作用。

（b）丁達爾效應。

（c）甲苯溶劑中的(PEA)₂PbI₄ NSs光致發光現象。

（d）單層(PEA)₂PbI₄ NSs材料的SEM圖，插圖是合成的(PEA)₂PbI₄ NSs材料側面的大小分布圖。

（e）單層(PEA)₂PbI₄ NSs材料的AFM圖。

（f）單層(PEA)₂PbI₄ NSs材料的TEM圖，插圖是該材料的選區電子衍射圖。

（g）單層(PEA)₂PbI₄ NSs材料的STEM圖和相應的STEM-EDS元素分布圖。

圖2? 不同溶劑制備的(PEA)₂PbI₄ NSs材料形貌大小表征

（a）氯苯作為溶劑合成的(PEA)₂PbI₄ NSs材料的SEM圖和TEM圖及相應的側面尺寸分布圖。

（b）氯仿作為溶劑合成的(PEA)₂PbI₄ NSs材料的SEM圖和TEM圖及相應的側面尺寸分布圖。

（c）二氯甲烷作為溶劑合成的(PEA)₂PbI₄ NSs材料的SEM圖和TEM圖及相應的側面尺寸分布圖。

圖3? ??(PEA)₂PbX₄ NSs ?(X= Cl, Br, I) 材料的光致發光性能表征

（a）不同組分的(PEA)₂PbX₄ NSs ?(X= Cl, Br, I) 材料紫外光/可見光吸收圖譜。

（b）不同組分的(PEA)₂PbX₄ NSs ?(X= Cl, Br, I) 材料光致發光圖譜。

（c）不同組分的(PEA)₂PbX₄ NSs溶液在365nm紫外線燈照射后的相片。

圖4? (PEA)₂PbI₄ NSs材料穩定性表征

（a）在相對濕度為65-5% 環境下，(PEA)₂PbI₄ 薄膜材料和MAPbI₃ QDs薄膜材料光致發光性能的退化圖譜。

（b）在波長為400nm熒光燈照射下，(PEA)₂PbI₄甲苯溶液和MAPbI₃ QDs甲苯溶液耐光性圖譜。

（c）(PEA)₂PbI₄粉末和MAPbI₃ QDs粉末的熱重分析曲線。

【小結】

他們用簡單高效的方法成功制備了一系列單層或少層的(PEA)₂PbX₄ NSs ?(X= Cl, Br, I) 材料。通過改變溶劑可以實現對合成材料側面大小的調控。合成的(PEA)₂PbX₄ NSs材料具有可調的發光特性、狹窄的發射譜線寬度、高的量子產率、很好的穩定性等特點。其中，單層的(PEA)₂PbI₄ NSs材料在濕度和光照條件下具有很好的溫度性。他們的工作為二維有機無機材料的制備和合理設計提供了新的途徑，促進了其在太陽能、光探測器、場效應二極管的應用。

文獻鏈接：Ultrathin Two-Dimensional Organic–Inorganic Hybrid Perovskite Nanosheets with Bright, Tunable Photoluminescence and High Stability（Angew. Chem. Int. Ed.,2017, DOI: 10.1002/anie.201701134）

本文由材料人電子電工學術組一棵松供稿，材料牛整理編輯。

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