西南交大杨维清与中国科学院光电技术研究所严伟合作Small：水相剥离高本征水稳定的准二维CsPbBr3纳米片

引言：

钙钛矿具有优异的光电性能，在发光二极管、太阳能电池、激光器、光电探测等领域具有应用广泛的前景。但是这类材料环境稳定性差，极易受外界水、光、氧等因素的影响而发生结构退化而快速失效，从而限制了钙钛矿材料及其器件的进一步发展。提高钙钛矿量子点环境稳定性尤其是水稳定性的常规策略就是在材料表面包覆一层保护层——如疏水配体、有机聚合物、二氧化硅、氧化铝等，一次隔绝材料与外界环境的接触。但是这种保护层的存在往往又会对钙钛矿量子点的电荷传输造成影响，从而影响光电转换器件的性能。因此，我们急需一种“免包覆”的本征稳定性提高策略。

成果简介：

近日西南交通大学杨维清教授团队提出一种钙钛矿水相剥离新方法，制备出了具有高本征水稳定性的准二维CsPbBr₃纳米片，有效克服了由钙钛矿材料本征离子特性导致的遇水分解问题。这种通过“水相剥离”法制备的准二维CsPbBr₃纳米片具有高的本征水稳定性，在水中分散保存168小时后仍能保持87%的发光强度。相较与传统钙钛矿量子点，其光稳定性也得到了明显提升。该工作为钙钛矿材料稳定性提升研究提供了新的思路。相关研究成果以“Aqueous Phase Exfoliating Quasi-2D CsPbBr₃ Nanosheets with Ultrahigh Intrinsic Water Stability”为题发表在《Small》上，硕士研究生谢美林为第一作者，青年教师李文助理研究员、严伟研究员和杨维清教授为共同通讯作者。该项工作得到了国家自然科学基金、四川省科技厅国际合作项目以及中央高校基础研究经费等项目的支持。

图文导读：

图1 水相剥离合成准二维CsPbBr₃纳米片。

 a）CsPbBr₃纳米片水相剥离示意图；b）Cs₄PbBr₆纳米晶、c）CsPbBr₃晶体、d）带腐蚀台阶的CsPbBr₃晶体、e）准二维CsPbBr₃纳米片的SEM图像；f）XRD图谱。

图2 二维CsPbBr₃纳米片表征。

 a)SEM图像，b）TEM和高分辨TEM图像，c）AFM图像及高度剖面图， d）吸收和发射光谱。

图3 水相剥离过程中PL谱、PL衰变谱及分析结果。

a）PL谱。b）Cs₄PbBr₆纳米晶浸水2 min、20 min、1 h及24 h后的PL衰变谱及拟合曲线。c）Cs₄PbBr₆纳米晶浸水24 h、48 h、72 h后的PL衰变谱及拟合曲线。d）t₁和t₁百分比随浸水时间变化曲线。

图4 准二维CsPbBr₃纳米片和CsPbBr₃量子点水稳定性测试。

a）准二维CsPbBr₃纳米片和b）CsPbBr₃量子点（在纯水上）随时间演变光谱， c）荧光强度随时间变化（QDs#1：纯水上，QDs#2：CsBr饱和水溶液上），d）准二维CsPbBr₃纳米片和e）CsPbBr₃量子点图像。

图5 准二维CsPbBr₃纳米片和CsPbBr₃量子点光稳定性测试。

a）准二维CsPbBr₃纳米片和b）CsPbBr₃量子点随时间演变光谱，c）波长随紫外光辐射时间变化，d）发光强度随紫外光辐射时间变化。

小结：

全无机钙钛矿耐水性差问题仍然是其应用推广的一大挑战。研究者利用水相剥离法成获得了具有高本征水稳定性的全无机准二维CsPbBr₃纳米片，这种纳米片能在水中分散168小时后保持87%的发光强度。此外该纳米片不但量子产量高度82.3，同时还表现出良好的光稳定性。这项工作不但为钙钛矿本文稳定性提升的研究提供了全新的思路，更可能推进钙钛矿在低毒极性溶剂（如：水、乙醇）中的合成。

论文链接：

Aqueous Phase Exfoliating Quasi-2D CsPbBr3 Nanosheets with Ultrahigh Intrinsic Water Stability (Small, 2019, 1901994)

DOI: 10.1002/smll.201901994

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.201901994

本文由西南交通大学杨维清课题组供稿。

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