杨培东PANS：阴离子交换合成空间分辨多色 CsPbX3纳米线异质结

【引言】

卤化物钙钛矿纳米线异质结是基础研究和技术的理想平台应用。可以在升高时检查离子迁移动力学温度等重要的研究工作目前是针对铅卤化物为主的钙钛矿，由于其特殊的光电子和光伏特性。除了多晶薄膜，各种基于溶液的合成路线卤素钙钛矿的低维纳米结构已经被开发出来了。最近证明，控制大小，形状，混合卤化物组成，从而产生了带隙和发射波。快速离子交换动力学卤化物，钙钛矿与低缺陷形成能有关并存在大量的空缺，使得离子在晶格中高度高度的移动。结果，阴离子交换卤化钙钙钛矿的反应有利于形成均质合金。如果交换反应可以定位在特定位置，那么可能产生具有良好限定的半导体图案的衬底异质结。图案化的半导体异质结是对于大规模高密度集成的制造至关重要电子和光子器件。

【成果简介】

近日，美国加州伯克利大学的科学家杨培东教授（通讯作者）在PANS上发表了题为“Spatially resolved multicolor CsPbX₃ nanowire heterojunctions via anion exchange” 的文章。该研究团队展示空间分辨的CsPbX₃（X=Cl，Br，I或两种卤化物的合金）具有像素尺寸的半导体纳米线异质结和多种发射颜色。选区阴离子交换从溴化铯到氯化铯氯化铅或碘化物通过反应在高空间分辨率下实现使用电子束的高空间分辨率的窗口光刻。观察到尖锐的结，表明具有不同的光学和异质结界面的电子特性。成功地制作了CsPbBr₃板上错综复杂的图案。

【图文导读】

图1 铯卤化铅钙钛矿纳米线异质结制备和PL表征

（A）CsPbBr₃纳米线的光学显微镜图像；

（B）阴离子交换后部分涂覆有PMMA的CsPbBr₃纳米线；

（C）阴离子交换后除去PMMA后的CsPbBr₃纳米线；

（D）部分溴化物部分氯化纳米线在激光下的光学图像；

（E）图D对应PL发射光谱；

（F）在激光激发下部分溴化物部分碘化物纳米线的光学图像；

（G）图F对应的PL发射光谱。

图2 异质结纳米线的元素分布

（A）SEM 和EDS异质结纳米线上的元素映射。绿色：溴；蓝色：

氯；紫色：铅；黄色：铯；

（B）异质结的SEM图像纳米线和相应的氯和溴分布沿纳米线。

图3 异质结的形态和电子结构

（A）典型的Br-Cl交换异质结的三维AFM拓扑图；

（B）相应的高度异质结纳米线的轮廓；

（C）异质结纳米线的KPFM表面电位映射的三维视图；

（D）相应跨接点界面（红色曲线）的电位分布与相应的AFM高度分布（蓝色曲线）；

（E）纯粹的CsPbBr₃和CsPbCl₃纳米线通过定量KPFM测定。绿色和蓝色方块表示纯CsPbBr₃和CsPbCl₃的带隙；

（F）CsPbBr₃-CsPbCl₃异质结纳米线的拟带状取向；

（G）KPFM表面电位映射的三维视图的多段异质结纳米线（每段约3μm长）和沿纳米线的相应电位分布。

图4 不同类型异质结的共聚焦PL映射

（A-C）部分溴化物部分氯化物纳米线的共焦PL图谱；

（D-F）溴化物超晶格纳米线的共焦PL图谱；

（G-I）共聚焦PL映射和像素尺寸低于500nm的溴化物超晶格纳米线的光学图像；

（J）三色异质结纳米线的共焦PL图谱；

【小结】

该研究团队通过使用阴离子交换化学结合纳米制造是创造高品质的强大工具半导体异质结和纳米图案。卤化钙钙钛矿中的固态离子扩散速率为比预期慢得多。卤化钙钛矿纳米线异质结为基础研究提供了理想的平台技术应用。多色激光器或LED可以使用这种局部异质结制造；量相互扩散和离子迁移动力学可以在下面进行检查温度升高等等。更深入地了解异质结，卤化钙钙钛矿可以发现实际应用在大型电子电路，信息存储和全彩色显示器。

文献链接：Spatially resolved multicolor CsPbX₃ nanowire heterojunctions via anion exchange（PANS, 2017, DOI: 10.1073/pnas.1703860114）

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