【引言】

近年來(lái)鈣鈦礦納米晶具有熒光量子產(chǎn)率高,易于通過(guò)組分調(diào)控的發(fā)光光譜范圍，以及簡(jiǎn)易便捷的合成方法等特點(diǎn)使其在發(fā)光二極管領(lǐng)域的應(yīng)用方面展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。純無(wú)機(jī)鈣鈦礦納米晶相比于有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦具有更佳的環(huán)境穩(wěn)定性，則倍加受到研究者們的關(guān)注。然而，無(wú)論在何種鈣鈦礦納米晶的制備過(guò)程中，烷基鏈配體必不可少。這些配體的絕緣性限制了載流子在納米晶之間的傳輸，導(dǎo)致了最終納米晶器件低劣的性能。目前為止，大量工作已經(jīng)采用各種巧妙的配體工程實(shí)現(xiàn)了納米晶熒光量子效率和相應(yīng)LED器件性能的提升，然而關(guān)于此方面仍然需要更多新方案及策略的提出，尤其是面向室溫合成的CsPbX3納米晶，以實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦納米晶發(fā)光二極管能面向?qū)嶋H應(yīng)用的目標(biāo)。

【研究?jī)?nèi)容】

為了提高室溫合成CsPbBr3納米晶的熒光量子效率及載流子在由其組裝的納米晶薄膜中的有效傳輸，以達(dá)到基于鈣鈦礦納米晶發(fā)光二極管器件效率提高的目的，吳朝新教授團(tuán)隊(duì)提出采用具有雙端配位基團(tuán)的溴胺鹽對(duì)室溫合成的CsPbBr3進(jìn)行原位鈍化，以減少納米晶表面溴空位的存在造成的納米晶熒光量子量子效率低下的問(wèn)題。研究結(jié)果表面經(jīng)1,8-正辛胺二溴（BOABr2）鈍化后，納米晶的熒光量子效率最高可達(dá)98%；同時(shí)由于BOABr2配體的引入，使得最終形成的納米晶薄膜中的載流子傳輸通道發(fā)生了重組，提高了電荷在納米晶薄膜的傳輸性能。最終，通過(guò)進(jìn)一步的優(yōu)化鈍化配體的鏈長(zhǎng)，基于1,4-正丁胺二溴鹽（BDABr2）鈍化的CsPbBr3納米晶制備的LED器件表現(xiàn)出最大發(fā)光亮度14021 Cd m-2，最大電流效率25.5 Cd A-1的優(yōu)異器件性能。這項(xiàng)工作進(jìn)一步表明了配體工程對(duì)改善及促進(jìn)鈣鈦礦納米晶在發(fā)光照明領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義，同時(shí)也為未來(lái)解決室溫合成鈣鈦礦納米晶面向?qū)嶋H應(yīng)用所需要突破的瓶頸提供了一個(gè)具有參考價(jià)值的新策略。

該項(xiàng)研究工作以題目為“Surface mediated ligands addressing bottleneck of room-temperature synthesized inorganic perovskite nanocrystals toward efficient light-emitting diodes”近期發(fā)表于國(guó)際期刊Nano Energy 70 (2020）104467。第一作者為課題組代錦飛博士，西安交通大學(xué)為第一作者單位。該工作得到自然科學(xué)基金委（編號(hào)61875161和 11574248）項(xiàng)目的支持。

西安交通大學(xué)吳朝新教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期研究新型功能材料的“光-電”與“電-光”物理機(jī)制及其器件應(yīng)用如太陽(yáng)能電池與發(fā)光二極管，近期有多項(xiàng)重要成果發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊：Joule，Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Angewandte Chemie International Edition, ACS Energy Letter, Nano Energy等，更多研究?jī)?nèi)容可參見(jiàn)吳朝新教授課題組主頁(yè)：

http://zhaoxinwu.gr.xjtu.edu.cn

【圖文導(dǎo)讀】

圖一. CsPbBr3 納米晶鈍化過(guò)程及其光學(xué)特性

(a)采用雙端溴胺鹽原位鈍化室溫合成CsPbBr3的示意圖, (b)鈍化前后納米晶的紫外-可見(jiàn)光吸收、熒光發(fā)射及熒光量子效率, (c)鈍化前后納米晶的熒光壽命對(duì)比。

圖二. CsPbBr3納米晶鈍化前后的結(jié)構(gòu)及表面特征

(a) BOABr2 鈍化后納米晶的高分辨形貌，(b)未經(jīng)鈍化納米晶的高分辨形貌，(c) 鈍化前后納米晶薄膜的XRD衍射圖譜對(duì)比，(d) 鈍化前后納米晶中Pb 4f 殼層的XPS譜對(duì)比，(e) 鈍化前后納米晶的紅外譜圖對(duì)比。

圖三. CsPbBr3 納米晶薄膜特性

(a)鈍化前后納米晶薄膜的SEM形貌及相應(yīng)的Pb、Br元素分布，（b）鈍化前后薄膜的AFM形貌對(duì)比，（c）基于鈍化前后納米晶的單電子器件的電流密度-電壓曲線對(duì)比，（d）基于鈍化前后納米晶的單空穴器件的電流密度-電壓曲線對(duì)比。

圖四. 鈍化前后CsPbBr3 納米晶器件性能

基于（a）鈍化及（b）未鈍化納米晶的LED器件結(jié)構(gòu)截面圖（標(biāo)尺100 nm），（c）器件能級(jí)結(jié)構(gòu)圖，基于鈍化前后CsPbBr3 納米晶的（d）電流密度/亮度-電壓（e）電流效率-電壓曲線，（f）電荷在鈍化前后納米晶薄膜中的傳輸通道示意圖。

圖五. 不同鏈長(zhǎng)鈍化配體對(duì)最終器件性能的影響

（a）器件結(jié)構(gòu)示意圖，基于不同配體鈍化后的CsPbBr3納米晶的LED器件的（b）電流密度/亮度-電壓曲線對(duì)比 (c)電流效率-電壓曲線對(duì)比（d）外量子效率-電流密度曲線對(duì)比。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104467