 自1958年发现以来，铅卤钙钛矿材料（CsPbX3）因其优异的光学及电学性能吸引了广大学者的关注。这种材料具备大的吸光系数、长的电子传输路径，并且可以通过改变其结构中卤素的种类对其带隙进行调节以发出不同颜色的光。这些特性使得它们在太阳能电池、发光二极管（LED）、激光器和光电探测器等领域具有极大的应用前景。但长久以来，只有发射红光的CsPbI3的光致发光量子效率（photoluminescence quantum efficiency, PLQY）能接近100%，CsPbBr3的PLQY一般处于60%到80%之间，但是具有较高发射能量的CsPbCl3的PLQY却不到10%。虽然研究者通过掺杂等手段可以在一定程度上改善它们的发光特性，但对于CsPbCl3仍不甚理想。 图1. 通过新方法制备的铅卤钙钛矿纳米晶体 （图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 近日，印度科学普及协会的Sujoy Baitalik和Narayan Pradhan两位学者联手报道了一种钙钛矿纳米晶体的合成方法，由该方法制备的三种铅卤钙钛矿材料（CsPbI3、CsPbBr3和CsPbCl3）都具有极高的光致发光量子效率。该成果以“Near-Unity Photoluminescence Quantum Efficiency for All CsPbX3 (X=Cl, Br and I) Perovskite Nanocrystals: A Generic Synthesis Approach”为题发表于《德国应用化学》（DOI: 10.1002/anie.201900374）。 考虑到目前的钙钛矿制备方法中存在的问题，作者重新设计了反应步骤。首先作者将Cs2CO3与PbO2以1:2的比例混合，将混合物加热到一定温度后，再向体系中加入由油胺制备的油酸卤化铵（OLA-HX）。通过这种方法，作者严格控制了体系中Cs、Pb及卤素的比例，使得体系既不含过量的Pb又不含过少的卤素。在得到了三种铅卤钙钛矿纳米晶体后，作者对它们的发光特性进行了研究，结果发现，它们的光谱形状与之前报道的钙钛矿纳米晶体一致，但包括CsPbCl3在内的三种钙钛矿纳米晶体的PLQY都大于90%。 图2. 三种钙钛矿纳米材料的紫外及荧光光谱 （图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 高量子效率的CsPbI3的制备方法已经屡见不鲜，因此其并不具备代表性。于是，作者详细研究了CsPbCl3和CsPbBr3的结构。粉末X射线衍射（PXRD）结果表明，CsPbCl3和CsPbBr3都具有立方相。TEM结果表明，这两种纳米晶体都是立方形，其中CsPbCl3晶体的直径约为12 nm，而CsPbBr3晶体的直径约为15 nm。 图3. CsPbCl3和CsPbBr3的PXRD和TEM图谱 （图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 在确定了利用这种方法能得到发光效率极好的钙钛矿材料后，作者又研究了不同反应条件对钙钛矿PLQY的影响。首先，作者改变了Cs、Pb的比例，发现对于铅溴钙钛矿而言，虽然在1:1的比例下得到的钙钛矿具有最高的PLQY，但是差别并不大，而Cs、Pb比例的改变对于铅氯钙钛矿的影响则非常明显。此外，温度越高，反应得到的钙钛矿的PLQY越高。 全文亮点：作者开发了一种钙钛矿纳米晶体的合成方法，由该方法制备的三种铅卤钙钛矿都具有极高的光致发光量子效率。 全文作者：Anirban Dutta, Rakesh Kumar Behera, Poulami Pal, Sujoy Baitalik, and Narayan Pradhan。 |
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