南京理工大学材料学院曾海波

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根据Rec.2020国际标准对显示色调的精准要求，针对钙钛矿绿色发光的精准调控难题，南京理工大学光电显示与能源材料研究所，新型显示材料与器件工信部重点实验室曾海波教授团队在Advanced Functional Materials上在线发表了题为“Room-Temperature Ion-Exchange-Mediated Self-Assembly toward Formamidinium Perovskite Nanoplates with Finely Tunable, Ultrapure Green Emissions for Achieving Rec. 2020 Displays”的文章，报道了室温离子交换组装法，实现了FAPbBr3纳米片绿色发光在Rec.2020国际标准要求的525-535nm波段的精细调控，实现了“最绿”的高效纯色发光，对超高清显示应用有一定意义。

在这个工作中，作者提出了一种离子交换诱导二维钙钛矿自组装的合成机理。首先通过反溶剂辅助再沉淀的方式合成Ruddlesden-Popper型二维钙钛矿。由于这种二维钙钛矿本身具有二维层状结构，所以在再沉淀过程中不需要额外的调控就能自发实现各向异性生长，从而获得Ruddlesden-Popper型二维钙钛矿纳米片。这些纳米片充当模板，随后通过一个可控阳离子交换反应将模板中的有机大离子取代成甲脒离子。与有机大离子不同的是，甲脒离子对应于一个理想的钙钛矿结构容忍因子，所以能将模板中原本被有机大离子分隔的[PbBr6]八面体单层沿垂直方向组装成纯相FAPbBr3纳米片。

重要的是，由于甲脒和有机大分子之间的尺寸差异，这种离子交换诱导自组装过程会造成一个大约6倍的较大的c轴收缩，原则上可以将纳米片厚度调控的精度提高6倍，从而实现更加精准的绿色发光调控。所以，虽然通过再沉淀合成的二维钙钛矿模板具有一定的厚度分布，转换成FAPbBr3纳米片之后该厚度分布会急剧缩小，从而抑制FAPbBr3纳米片发光光谱的尺寸宽化，既能提高发光纯度（半高宽），又能更加精准调控色调（峰位）。

通过简单调控二维钙钛矿模板的前驱体浓度，就可以有效调节二维钙钛矿模板的平均厚度。前驱体浓度越小，再沉淀的过程中形核点越少，相应的模板纳米片的尺寸和厚度也会越大；前驱体的浓度越大，再沉淀的过程中形核点越多，相应的模板纳米片的尺寸和厚度越小。又通过上述厚度窄化现象，二维钙钛矿模板的厚度变化传递到FAPbBr3纳米片时会减弱，从而实现FAPbBr3纳米片光谱的精细调控。通过在一个较大的范围内简单调节二维钙钛矿模板的前驱体浓度，可以最终实现FAPbBr3产物的荧光峰在525nm-535nm目标窗口内的精细调控，同时实现半高宽小于25nm以及高达85%的荧光效率。

将FAPbBr3纳米片应用于背光显示后，作者实现了（0.170, 0.757）的最优绿光色坐标，该色坐标覆盖了接近95%的Rec.2020绿光色域，是目前钙钛矿领域内最“绿”的背光型发光。该工作可能会推动基于钙钛矿纳米晶的低成本、广色域背光LED的产业化应用。