《先进资料》报导曾海波团队第二代全无机钙钛矿发光量子点效果

2019-06-21 08:33:36来历:资料科学与工程学院作者:李晓明 杨丹丹修改:宣传部办理阅览:11设置

跟着半导体职业一日千里的开展,全无机钙钛矿资料以结构的多样性及其优异的光电功能敏捷成为下一代新式显现发光资料。全无机钙钛矿量子点因为窄发射,广色域,高量子功率及较高的载流子迁移率,使其在发光二极管和太阳能电池范畴敏捷开展。近几年,钙钛矿量子点LED和太阳能电池的器材功率敏捷突破了20%。与此一起,科研作业者使用薄膜的界面润饰,器材钝化,维度工程调控等办法一向致力于处理器材的安稳性。可是要真实完成工业化使用,钙钛矿量子点的安稳性有待处理。

近期,我校资料学院新式显现资料与器材工信部要点试验室提出了全无机钙钛矿量子点的外表钝化新战略,处理了发光功能的提纯和存储安稳性问题,开展了该系统新一代量子点。相关研讨效果“CsPbBr3 Quantum Dots 2.0: Benzenesulfonic AcidEquivalent Ligand Awakens Complete Purification”为题,于2019年6月在线宣布在资料科学范畴重要期刊《Advanced Materials》(Adv. Mater. 2019, 1900767;DOI:10.1002/adma.201900767,IF=21.95)。曾海波教授和青年教授李晓明为通讯作者,榜首作者为博士生杨丹丹。

全无机钙钛矿量子点是离子型晶体,钙钛矿量子点与外表配体之间处于高度动态的进程,在形核和纯化进程卤素离子会部分缺失,然后导致外表构成卤素空位缺点。通过屡次纯化,存储,光照和加热下,量子点颗粒尺度会集合长大,终究影响CsPbBr3钙钛矿量子点的纯化,存储,光和热安稳性。因而,卤素空位缺点是限制钙钛矿量子点荧光量子功率和安稳性的一个要害性科学问题。

近期,该团队针对以上科学问题取得了系列研讨效果:选用原位和后处理钝化卤素空位战略,构筑了完好的Pb-X八面体,削减了载流子缺点抓获态,进步了CsPbX3量子点的荧光量子功率(Adv. Optical Mater. 2019, 1900276, DOI:),完成了挨近理论极限的近100%荧光量子功率(ACS Energy Lett. 2018, 2030-2037,DOI:,图1),受邀在ACS Energy Lett.宣布了范畴展望文(ACS Energy Lett. 2019, 4, 673−681,DOI: 10.1021/acsenergylett.8b02100)。

最近,该范畴许多研讨人员选用羧酸、磷酸等空间位阻较大的配体替代油酸或油胺增强CsPbX3量子点安稳性。可是,以上的钝化战略没有彻底脱离油酸和油胺配体,在组成和纯化进程会构成部分配体的缺失,使得更多的铅原子裸露在量子点的外表,在屡次钝化和长时间存储进程,量子点会发作聚会长大。过量的配体和新发生的缺点严重影响了载流子的注入功率与有用复合,然后大大阻止了器材功能和安稳性的进一步进步。怎么处理屡次纯化坚持高量子功率及贮存安稳性成为一个火烧眉毛的问题,改革性的技能必然成为新一轮的竞争力。 


图1钙钛矿量子点外表卤素空位的相关研讨和原位卤素钝化战略 

从油酸和油胺的外表态剖析,因为氮的电负性比较强,溴元素的电子云会被吸引到远离铅的方位,下降了铅与溴元素之间的静电相互效果,导致有机胺与溴元素一同从外表掉落,构成卤素空位缺点,然后下降量子点的量子功率和安稳性。从纯油酸系统的外表态剖析,能够有用防止油酸和油胺配体之间的质子转移,削减外表配体的丢失,然后进步钙钛矿量子点的安稳性。可是,大部分的油酸配体吸附在量子点的外表,油酸根基团需要与带正电的铅离子配位,易于构成不完好铅溴八面体,然后发生很多的溴空位,这将导致钙钛矿量子功率的下降。针对平衡安稳性和量子功率的问题,迫切需要一种强配位的酸性配体钝化卤素空位,即能够进步钙钛矿量子点的安稳性,又保留了高量子功率(图2)。


图2不同配体下CsPbBr3量子点的配位示意图 

想象这种等效配体即能起到溴离子的效果,又具有独立的结构,一起确保钙钛矿量子点的高荧光量子功率和提纯安稳性。张胜利教授对其进行理论核算,有助于研讨十二烷基苯磺酸配体对钙钛矿电子结构的影响,以及十二烷基苯磺酸配体与钙钛矿量子点外表相互效果的强弱。从电子结构剖析,钙钛矿量子点卤素原子的4p和铅原子的6p轨迹坐落带边,首要构成空位缺点。铯原子对带边的电子结构影响比较小,使得激子的复合首要在Pb-Br八面体中发生。进一步阐明,铅和溴原子态的改变首要影响钙钛矿纳米晶的光学功能。当量子点外表存在溴空位时,铅外围电子的波函数离域到外层空间,铅的能级下降,然后在导带邻近构成缺点能级。当外表的溴空位吸附十二烷基苯磺酸之后,伴跟着缺点能级的消失。由此能够揣度十二烷基苯磺酸配体有用的钝化外表卤素空位缺点,而且与量子点外表具有强配位效果,或许取得高效安稳的量子点。1H NMR和DOSY等要害数据标明十二烷基苯磺酸与量子点外表具有较强的配位效果,通过屡次纯化和存储,依然坚持高量子功率(> 90%)和5个月的存储安稳性,在光和热的效果下,DBSA组成的量子点坚持400 min (405 nm, 820 mW cm-2)的光安稳性和10000 min(60oC)的热安稳性。除此之外,短链且配位才能较强的十二烷基苯磺酸为后续核——壳结构的构筑供给理论和试验根底,然后拓展钙钛矿量子点的使用远景。

该作业得到了国家自然科学基金,我国科学技能学会,江苏省自然科学基金等项目的赞助。


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