Nano scale綜述：鈣鈦礦納米晶-從物理化學基礎到應用

2020-09-05 材料material

具有不同尺寸的全無機滷化銫鉛鈣鈦礦納米晶（PeNCs）由於其獨特的光電特性，包括整個可見光譜區的可調帶隙、接近統一的高光致發光量子產率（PLQYs）和窄發射，最近引起了研究界的興趣。線寬低至10-20nm，使其特別適用於從發光二極體（LED）、太陽能電池到閃爍體等眾多應用領域的有前途的候選材料。儘管在過去的六年裡取得了相當大的進展，但PeNCs的實際應用，特別是在CsPbX3（X=Cl，Br和I）類中，仍然受到其不穩定的晶格和暴露於環境空氣條件下時的發光降低的限制。近年來對離子摻雜的實驗和理論研究已證明是一種有效的方法，可以顯著改善銫鉛滷化物的物理化學性質，具有廣泛的應用前景。


中國科學院的研究人員就陽離子摻雜全無機銫鉛滷化物的最新研究進展作一簡要綜述。PeNCs的目標是開發高性能和長期穩定的光電和光電器件，涵蓋了從陽離子摻雜的基本考慮的各個領域，以鈣鈦礦型發光二極體和太陽能電池為重點的光電應用的可控合成方法和新的物理化學性質。最後，對這一活躍的研究領域提出了未來可能的努力方向。相關論文以題目為「Cation‐Doping Matters in Caesium Lead Halide Perovskite Nanocrystals: from Physicochemical Fundamentals to Optoelectronic Applications」發表在Nano scale期刊上。


論文連結：

https://doi.org/10.1039/D0NR02922J



圖1 反應環境示意圖


圖1示意圖顯示了製備（左）藍色發光0-D Cs4PbBr6:Sn-Pens（中間）非發光純0-D Cs4PbR6和（右）綠色發光3-D立方CsPbR3-Pens的獨特反應環境示意圖。注意，在用於合成綠色發光3-D CsPbBr3的常規熱注入反應介質中，用SnBr2（SnBr2/（SnBr2+PbBr2）=80 mol%）取代絕大多數PbBr2前體，從而實現了合成藍色發光0-D Cs4PbBr6:Sn-Pens的獨特反應環境通過在反應環境中部分添加PbBr2前體（綠色發光CsPbBr3-PeNCs的20%）來獲得用於合成純0-D Cs4PbBr6-PeNCs的Pb2+貧反應介質。


圖2.（a）摻有Yb3+離子的CsPbCl3 PeNCs的能量轉移機理和光學性質的示意圖。（b）涉及類似Yb3+引起的缺陷狀態的Yb3+致敏機制，以及（c）摻雜三價陽離子的CsPbCl3 PeNCs引起的擬議的電荷中性空位缺陷結構。（d）在與圖A相同的反應過程中原位收集的PL光譜。使用375 nm激發以〜370 s-1的恆定NC激發速率測量PL光譜。加入TMS-Br後每隔14分鐘記錄一次吸收和PL光譜。


圖3. （a）使用純CsPbBr3和CsPbBr3:Mn（2.6 mol%）和CsPbBr3:Mn（3.8 mol%）作為綠光發射器的典型多層結構PLED器件的示意圖。（b）基於純CsPbBr3和CsPbBr3:Mn（2.6 mol%）和CsPbBr3:Mn（3.8 mol%）PeNCs的三種類型PLED的亮度與驅動電壓特性，以及（c）這些器件作為亮度函數的EQE。（d）基於摻錫CsPbBr3的綠色發光器件的EL光譜。插圖中的照片顯示了12 V下的工作裝置。（e）基於在6.0 V恆定驅動電壓下測試的純和摻雜Sr2+的α相CsPbI3 PeNCs的再發射PeLED器件的穩定性數據。注意，PeLED的亮度已標準化為其初始值。


（文：愛新覺羅星）

本文來自微信公眾號「材料科學與工程」。歡迎轉載請聯繫，未經許可謝絕轉載至其他網站。

相關焦點

  • 《Nano Letters》無鉛鈣鈦礦納米晶，提高穩定性，降低毒性！
    此外，CsEuCl3納米晶對水分、氧氣和輻射具有良好的穩定性。使其更具有實際應用前景。結果表明，CsEuCl3納米晶是一種很有前途的替代滷化鉛鈣鈦礦的候選材料。由於鉛的毒性，尋找一種光電性能相當的無鉛滷化物鈣鈦礦半導體材料具有重要的意義。稀土基滷化物鈣鈦礦是一類很有前途的材料。
  • 綜述:無機-有機鈣鈦礦材料在新型薄膜太陽能電池中的應用
  • 綜述:新型納米晶催化材料在綠色化學中的應用
    納米晶具有尺寸形貌單一、晶面組分可調、元素分布均勻等優勢，以及具有一些特殊的物化性質。利用納米晶的這些特性，以明確構效關係和設計高性能催化劑為目的，系統研究其催化性能，是當前多相催化領域的研究熱點。 由清華大學化學系李亞棟院士等人共同撰寫的綜述文章「新型納米晶催化材料在綠色化學中的應用」（http://nsr.oxfordjournals.org/content/2/2/150.full）已在《國家科學評論》發表。
  • 復旦《尖端科學》高效的藍光發射鈣鈦礦納米晶
    導讀：膠體CsPbX3(X=Br、Cl和I)鈣鈦礦納米晶在綠色和紅色區域表現出較高的光致發光量子產率。但是，缺乏高效的藍光鈣鈦礦納米晶。在此，作者製備了釹(III)(Nd3+)摻雜的CsPbBr3納米晶，從綠色到深藍色具有了可調諧光電發射。
  • 錳摻雜Cs4PbCl6零維鈣鈦礦納米晶激發態動力學研究
    Cs4PbX6（X = Cl、Br、I）零維鈣鈦礦納米晶因其優異的光學性能，在LED照明顯示、雷射和光電探測器等技術領域受到廣泛關注。然而，由於其絕緣體的本質，Cs4PbX6零維鈣鈦礦本徵在可見波段不發光，限制了其作為發光材料的應用範圍。
  • 研究揭示鈣鈦礦量子點激子複合與自旋弛豫的定標規律
    鉛滷素鈣鈦礦材料在光電器件領域展現了極大的應用前景，基於鈣鈦礦的納米晶材料也在近期被廣泛研究。文獻中經常籠統地將鈣鈦礦納米晶稱為量子點（QD），而這些納米晶的尺寸通常在10 nm左右，大於材料的波爾激子直徑。嚴格意義上，小于波爾激子直徑的強限域納米晶才能稱為量子點。
  • 大連化物所發表非鉛鈣鈦礦納米晶載流子動力學專論文章---中國科學院
    大連化物所發表非鉛鈣鈦礦納米晶載流子動力學專論文章 2019-11-08 大連化學物理研究所 2017年，該團隊首次在國際上採用飛秒瞬態吸收光譜技術研究了Bi基鈣鈦礦納米晶的發光動力學，發現缺陷態對載流子存在超快（<20 ps）的捕獲過程，是限制其發光效率的關鍵因素（Angew. Chem. Int. Edit., 2017）；進一步研究發現在非鉛雙鈣鈦礦納米晶中存在兩種不同時間尺度的快過程（Angew. Chem. Int.
  • 黃偉新教授在Surface Science Reports發表長文綜述及榮獲中國化學...
    多相催化反應複雜體系基礎研究具有很大的挑戰性，基於模型催化體系的基礎研究是有效途徑之一。我院黃偉新教授獨立提出「從單晶到納米晶的模型催化體系」研究思路開展多相催化基礎研究，取得系統的研究成果。catalysis of oxide model catalysts from single crystals to nanocrystals」的篇幅為100頁的長文綜述 (Surface Science
  • 少即是多:量子點的的發展歷程——從定義到應用
    然而，經過幾十年的發展研究，量子點的概念從最初的半導體納米晶也進行了延伸擴展，到如今鈣鈦礦量子點、碳量子點以及不含鎘的無機量子點等材料也成為了研究熱點。因此，這些新興材料的應用也將會被涉及到。到了2006年左右的時候，S. J. Rosenthal[6]等人製備了一種超小CdSe納米晶作為白光螢光粉。這種量子點尺寸非常均一，比表面積大，顯著提高了電子和空穴在納米晶表面相互作用的機率，使得納米晶的斯託克位移可以達到40-50nm並且在可見光區域展現出寬譜發射的特性。這一新型白光螢光粉的發明大大拓展了量子點發光二極體(QLED)的應用前景。
  • 大連化物所納米晶敏化分子三線態動力學研究取得新進展
    近日，中國科學院大連化學物理研究所光電材料動力學創新特區研究組研究員吳凱豐團隊基於量子限域的鈣鈦礦納米晶有效地實現了可見光碟機動的萘三線態敏化。相關成果發表於《物理化學快報》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。
  • 鈣鈦礦太陽能電池研究相關綜述
    近日，中科院大連化物所薄膜矽太陽電池劉生忠研究員團隊受邀在《先進材料》（Advanced Materials）上發表綜述文章，該文章總結和探討了金屬離子在鈣鈦礦太陽能電池中的最新研究進展及潛在的機遇與挑戰。
  • 大連化物所發表柔性鈣鈦礦太陽能電池綜述文章
    Ed.）上發表綜述文章，該文章總結和探討了柔性鈣鈦礦太陽能電池的最新進展、應用成本，以及潛在的機遇與挑戰。　　隨著科技的快速發展，人們對可攜式電子設備、電子顯示器，以及可穿戴電子產品等柔性電子器件的需求越來越多。柔性太陽能電池由於具有質量輕，易於運輸、安裝等優勢成為未來可攜式電子產品的最佳選擇之一。
  • 科研人員製備出具有寬譜帶白光發射的非鉛鈣鈦礦膠體納米晶
    近日，中國科學院大連化學物理研究所複雜分子體系反應動力學研究組研究員韓克利團隊通過對非鉛鈣鈦礦膠體納米晶的自陷態激子進行調控，實現寬譜帶白光發射，並有效提高發光量子產率。 高效穩定的白光發射對於室內照明具有重要意義。
  • 頂刊綜述：解決鈣鈦礦量子點障礙，或將引發一場革命
    滷化鉛鈣鈦礦量子點（LHP-QDs）在發光二極體背光顯示方面顯示出巨大的潛力。利用LHP量子點具有發光性能高、發射可調、合成方便等優點。然而，LHP量子點的不穩定性和大規模合成等缺點仍然制約著其實際應用。這篇綜述集中於這些障礙的解決辦法。
  • 【綜述】有機-無機雜化鈣鈦礦材料的化學形成與多功能應用
    其中，基於滷化鉛的雜化鈣鈦礦材料作為一種獨特的半導體材料，表現出無機半導體與有機分子層交替排列的天然量子阱結構特徵。同時，該類滷化鉛的雜化鈣鈦礦材料具有可溶液加工、高吸收係數、長電荷擴散長度和高遷移率等優點，引發化學、物理、材料、電子等多個領域研究人員的極大興趣，且取得了重大成就。
  • 大連化物所製備出具有寬譜帶白光發射的非鉛鈣鈦礦膠體納米晶
    由於晶格較「軟」，低維度鉛基鈣鈦礦材料易於形成自陷態激子，表現出寬譜帶白光發射。但鉛元素具有毒性，且低維鉛基鈣鈦礦的發光效率通常較低。近期，有研究報導了具有自陷態激子發光的非鉛雙鈣鈦礦材料，但具有高效、寬譜帶白光發射的膠體納米晶卻鮮有出現。　　近年來，韓克利團隊致力於非鉛鈣鈦礦納米晶載流子動力學研究，於2018年首次實現非鉛雙鈣鈦礦納米晶由間接帶隙到直接帶隙的轉變（J.
  • X射線探測有可能成為鈣鈦礦的殺手級應用
    在試驗中，該團隊去除了CsI(TI)塗層，替換為銫鉛溴納米晶體層（一種無機鈣鈦礦），直接將其塗在了光電二極體陣列上。據該團隊在去年9月《自然》雜誌上的報告，結合使用光電倍增管，最終設備的探測極限達到了醫用X光機劑量的1/400。劉小鋼說，目前有幾家X射線製造商正在使用其團隊的方法測試納米晶閃爍體。
  • 無鉛三維雙鈣鈦礦納米晶
    這些結果表明這些NCs具有巨大的潛力，可用作光伏應用的光吸收材料。相關論文以題目為「Lead-Free Small-Band gap Cs2CuSbCl6 Double Perovskite Nanocrystals」發表在The Journal of Physical Chemistry Letters 期刊上。
  • 最近三篇鈣鈦礦太陽能電池綜述
    鈣鈦礦太陽能電池（PSC）已經引起了很大的關注，因為它們快速上升到22％的效率。在這篇綜述中，瑞士科學家們總結了PSCs的快速演變，因為它們進入了一個可以革命化光伏產業新的階段。 特別是，他們描述了使鈣鈦礦如此突出的性質和目前對PSC器件物理的理解，包括製備效率高於20％的最先進的太陽能電池。
  • 頂刊《AFM》綜述：問世間鈣鈦礦為何物，直教催化相許
    隨後，討論了混合鈣鈦礦在光催化能源和環境科學中的應用(圖2)，接著是無機鈣鈦礦的發展和未來改性的展望。特別地，在材料構造，電子特性，載流子的產生，光吸收，和反應活性的背景下，綜述了光催化廢水處理，水分裂和CO轉換使用混合鈣鈦礦。指出了有毒鉛元素和不穩定性的潛在問題，需要進一步研究，將現有的知識提高到一個新的水平。