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韩克利教授团队铪基空位有序钙钛矿纳米晶超快动力学机理研究成果在Laser & Photonics Reviews发表

发布日期:2021年12月15日    点击次数:

近日,前沿交叉科学青岛研究院韩克利教授团队在非铅钙钛矿纳米晶的合成和超快动力学机理研究方面取得新进展,相关研究成果以“Colloidal Synthesis and Tunable Multicolor Emission of Vacancy-Ordered Cs2HfCl6 Perovskite Nanocrystals”为题发表在国际光学领域著名期刊Laser & Photonics Reviews(IF:13.138)上。山东大学为该论文的第一完成单位,前沿交叉科学青岛研究院2018级博士研究生刘四平为该论文的第一作者,韩克利教授和大连化学物理研究所杨斌副研究员为该论文的共同通讯作者。

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近年来,非铅空位有序钙钛矿Cs2M4+X6(X=Cl-、Br-或I-)纳米晶因低毒性、高稳定性和独特的光学特性而备受关注。由于合成挑战,Cs2M4+X6纳米晶成功合成的例子很少;关于这类纳米晶的多颜色发射研究也非常有限。另一方面,在当前广泛报道的热注射方法合成钙钛矿纳米晶策略中,金属卤化物或金属乙酸盐被经常用作金属前驱物。然而,对于许多新钙钛矿纳米晶体系,这两类金属盐在有机溶剂中不能离子化是合成失败的重要原因,为此,十分有必要探索新类金属前驱物用于钙钛矿纳米晶的合成。

在该研究工作中,研究人员发现了金属乙酰丙酮化合物是一类非常合适的金属前驱物。研究人员采用Hf基空位有序钙钛矿作为模型体系和乙酰丙酮铪作为金属源,通过热注射法首次合成出Cs2HfCl6纳米晶。研究表明,不同于以往报道的钙钛矿纳米晶,Cs2HfCl6纳米晶是一种缺陷不容忍的半导体。Cs2HfCl6纳米晶的吸收光谱在波长240 nm和310 nm处展示出强烈的激子吸收特征。240 nm对应于Cs2HfCl6主体的带边吸收,而310 nm对应于由Hf4+或Cl-空位导致的亚带隙缺陷态的吸收。其荧光光谱展示出激发波长依赖的特征,在378 nm, 444 nm, 540 nm位置的发射峰分别来源于[HfCl6]2-八面体、杂质[ZrCl6]2-八面体和亚带隙缺陷态。针对Cs2HfCl6纳米晶中亚带隙缺陷态的问题,研究人员提出Sb3+辅助的钝化策略。Sb3+钝化缺陷在此前钙钛矿研究中未见有报道。接着,利用稀土乙酰丙酮化合物,研究人员成功将四种稀土离子(Pr3+, Tb3+, Eu3+, Ho3+)掺杂到Cs2HfCl6纳米晶主体的晶格中,并获得基于自陷激子到掺杂剂能量转移的多颜色发射(由蓝色到绿色到粉红色)。值得一提的是,与以前报道的稀土元素掺杂钙钛矿纳米晶体系相比,稀土乙酰丙酮化合物的使用实现了稀土元素离子在更温和环境下往纳米晶的晶格中的掺杂。最后,研究人员探索了这类新型钙钛矿纳米晶在X射线闪烁成像和白光LED方面的应用。

这项研究不仅发展了一种新型的非铅钙钛矿纳米晶体系,而且为调控空位有序钙钛矿纳米晶的光学特性提供了有效策略。该研究也丰富了热注射合成方法,可能将促进新型钙钛矿纳米晶体系的发展。该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目资助。

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202100439

【 作者:刘四平   来源:前沿交叉科学青岛研究院    责任编辑:韩若彤 丁璇 】

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