王涛: 表面配体交换实现绿色溶剂低温制备的钙钛矿纳米晶发光二极管的高效率

shadan

全无机CsPbX3（X = Br，Cl或I）钙钛矿纳米晶体（NCs）具有材料成本低、缺陷耐受性高、发光波长易调节、以及高色纯度和高荧光量子产率等优点，在下一代照明和显示应用中展现出了巨大的潜力。常规的制备高质量CsPbX3 NCs的方法是热注入法，在高温和惰性环境中进行纳米晶的合成，故不可避免地增加了制备过程中的能量输入，在一定程度上阻碍了CsPbX3发光二极管（LED）的商业化应用。因此通过低温合成路线来制备出缺陷密度低、稳定性高的CsPbX3 NCs，显得尤为重要。目前，通过在钙钛矿纳米晶的室温合成过程中加入合理的表面配体，已经可以制备出高质量的CsPbX3 NCs，但低温合成制备的LED器件效率仍然偏低，而且大部分的室温合成采用了N N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和甲苯等作为溶剂，这些非绿色溶剂对环境的负面影响也很大。

钙钛矿纳米晶表面的配体可以控制NCs的成核和生长动力学并增强其稳定性。表面配体还可以使NCs表面的悬空键饱和，避免因悬空键吸附电子或空穴而阻碍载流子输运。因此，那些存留在CsPbX3 NCs表面的配体对于高效稳定钙钛矿LED器件的制备发挥着关键的作用。系统的理解这些有机配体的类型和长度对钙钛矿NCs的合成、稳定性及其组装的LED器件的光电特性的影响极其重要。

近日，武汉理工大学王涛教授课题组在环境条件及室温下，以环境更为友好的异丙醇和己烷为溶剂，采用短链配体丙酸（PA）和丁胺（BLA）辅助成功合成了CsPbBr3 NCs，再通过在纯化过程中引入长链的酸/胺配体对来触发配体之间的交换，实现了高效率钙钛矿LED器件的制备。通过后期配体交换的方法来设计钙钛矿纳米晶表面的配体，也可以排除其它耦合因素影响，如初生纳米晶颗粒大小和缺陷多少，系统地研究配体种类和链长对LED器件性能的影响。研究结果表明：由油酸（OA）和油胺（OAm）配体对锚定的CsPbBr3 NCs表现出更好的表面缺陷钝化，获得了最佳的器件性能，最大发光亮度为5033 Cd m-2，电流效率为18.6 Cd A-1，外量子效率为5.4％，开启电压低至3.2 V，同时具有最佳的热稳定性。 该成果发表在Small Methods上（DOI：10.1002/smtd.201800489）。