北科大Advanced Science: 高强度蓝光发射的CsPbBr3二维自组装纳米晶

Alisa 5年前 (2019-05-16) 7241浏览

【引言】

金属卤化物钙钛矿材料因其在光电子和光子学领域的优异应用前景而引起了学者们的广泛关注。近年来，全无机卤化物钙钛矿纳米晶或量子点展现出极其优异的光学性能，如高的荧光量子产率（PLQY）、窄的半峰宽等，成为了研究热点。相比于红光和绿光的铯铅卤化物钙钛矿量子点（PLQY接近100%），蓝光铯铅卤化物钙钛矿纳米晶/量子点的光致发光量子产率相当低，因为这种宽带隙材料的高能激子很容易被带间陷阱捕获，进而产生非辐射衰变。因而，探索一种具有高PLQY的蓝光钙钛矿纳米晶/量子点具有重要的意义。

【成果介绍】

北京科技大学田建军教授团队近年在蓝光发射钙钛矿量子点/纳米晶进行了大量研究工作，旨在获得高PLQY、高稳定性的蓝光发射的材料。2018年，该团队提出CsPbBr₃@CsPbBrx核壳结构量子点。基于量子尺寸效应，通过减小绿光CsPbBr₃的尺寸，将带隙提升到蓝光宽带隙；同时引入一种非晶核壳结构，有效减少激子猝灭，最终实现高蓝光PLQY（84%）。该研究结果发表在ACS Energy Lett.（2018, 3, 245-251，影响因子12.277），并入选ESI高被引论文。但是，非晶壳的稳定性差，易于晶化。该团队与香港城市大学Andrey Rogach教授合作，在卤化物钙钛矿量子点结构中引入Cu²⁺掺杂。EXAFS分析显示，Cu离子引入提升了B位原子与X位原子的键能，进而提高了材料结构的热稳定性；同时原子排序更加规则，晶格畸变减少，有利于电荷的辐射复合和荧光量子产率。最终获得高热稳定性（~250℃）和高PLQY(>80%)的蓝光发射钙钛矿量子点，研究结果发表在J. Phys. Chem. Lett.（2019, 10, 943-952）。这一研究结果为卤化物钙钛矿量子点实际应用提供了参考。

最近，该团队与Andrey Rogach教授合作，在Advanced Science上报道了他们在蓝光发光全无机铯铅卤化物钙钛矿纳米晶上的最新研究成果，题为“Spontaneous Self-Assembly of Cesium Lead Halide Perovskite Nanoplatelets into Cuboid Crystals with High Intensity Blue Emission”。这个工作提出了一种新型结构的纳米晶。通过控制反应生长动力学过程，将2D钙钛矿纳米片自组装成更大尺寸（≈50nm×50 nm×20 nm）的长方体晶体，在这种结构中，通过在立方形支架内被有机配体彼此隔离的2D纳米片构成多量子阱，其中局域在潜在的无序位点上的激子帮助它们绕过存在于其他纳米片中的非辐射复合通道。最终，这种CsPbBr₃长方体纳米晶展示了以480nm为发射中心的高达91%的PLQY。此外，使用相同的组装方法，制备混合阴离子CsPb(Br/Cl)₃纳米组装体，其发射峰在452-470nm时仍然保持极高的PLQY (72-83％)。该组装晶体的结晶性好、缺陷态低和良好稳定性。

【图片导读】

图1. CsPbBr₃中间相纳米片的（a）TEM和（b）HRTEM图片. CsPbBr₃组装长方体纳米晶的(c）TEM和（d）HRTEM图片