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北科大Advanced Science: 高强度蓝光发射的CsPbBr3二维自组装纳米晶
发布:blast_k   时间:2019/5/17 10:03:06   阅读:620 
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【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

  
图2. CsPbBr3组装长方体纳米晶的 (a)小角XRD衍射和(b)XRD衍射图谱。(c) CsPbBr3组装长方体纳米晶的形成机理图。


图3. CsPbBr3中间相纳米片的 (a)UV,(b)PL和PL激发光谱. CsPbBr3组装长方体纳米晶的(c)UV,(d)PL和PL激发光谱.


图4. CsPbBr3中间相纳米片和CsPbBr3组装长方体纳米晶的(a)时间分辨PL衰减光谱和(b)乌尔巴赫能量示意图.


图5. (a)-(c)不同Br、Cl比例的CsPb(Br/Cl)3组装长方体纳米晶的PL、UV光谱. (d) CsPb(Br/Cl)3组装长方体纳米晶的时间分辨PL衰减光谱. (e) CsPb(Br/Cl)3组装长方体纳米晶的PLQY与其它已经报道的文献的性能对比.

【小结】

这篇文章基于对热注入法过程中纳米晶生长阶段形核和后续生长过程的调控,通过自组装过程得到了具有高蓝光荧光量子产率的CsPbBr3长方体大尺寸组装体纳米晶(PLQY > 90%)。该工作是全无机CsPbBr3纳米晶在蓝光荧光领域的一个重要工作,将促进无机铯铅卤化物在发光领域的应用。

【文献出处】

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/advs.201900462

田建军教授为这些工作的通讯作者,博士生毕成浩、硕士生王世勋为第一作者。该工作获得了国家自然科学基金(51961135107和51774034)、国家重点研发项目(2017YFE0119700)和北京自然科学基金(2182039)等资助。

原创:BCH

本文由北京科技大学田建军教授团队供稿。

来源:材料牛

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