中國(guó)科學(xué)院功能納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與組裝/福建省納米材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員陳學(xué)元團(tuán)隊(duì)在中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和科學(xué)技術(shù)部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持下，近期提出了一個(gè)巧妙的策略，即通過(guò)分別調(diào)控CsPbCl3納米晶的能帶和表面結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)合成了高效紫外發(fā)光全無(wú)機(jī)鈣鈦礦納米晶（圖1）。

 

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)Cd2+摻雜，在不改變CsPbCl3納米晶形貌和物相的基礎(chǔ)上，對(duì)材料的能帶進(jìn)行了調(diào)控，將CsPbCl3納米晶的帶隙從可見(jiàn)波段調(diào)控到紫外光區(qū)域，發(fā)射峰位于381 nm（圖2）。通過(guò)CdCl2的表面鈍化作用，可將CsPbCl3:Cd2+納米晶的熒光量子產(chǎn)率由0.9%提高至60.5%（圖3）。同時(shí)，材料的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性也得到了明顯提升。進(jìn)一步地，研究團(tuán)隊(duì)與結(jié)構(gòu)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員鄧水全團(tuán)隊(duì)合作，基于飛秒瞬態(tài)吸收光譜分析和第一性原理計(jì)算，證實(shí)了顯著改善的發(fā)光性能主要得益于消除了引起無(wú)輻射弛豫的表面缺陷（如氯離子空位）。該研究為開(kāi)發(fā)全無(wú)機(jī)鉛鹵鈣鈦礦納米發(fā)光材料提供了新思路，有助于加快新型紫外光電器件的發(fā)展。

 

相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.），并被選為熱點(diǎn)論文，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)博士研究生張?jiān)茪J為論文第一作者，福建物構(gòu)所研究員涂大濤、鄧水全和陳學(xué)元為論文的通訊作者。

 

此前，陳學(xué)元團(tuán)隊(duì)在全無(wú)機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)的光學(xué)性能研究方面取得了一系列重要進(jìn)展。例如，首次制備出Mn2+摻雜Cs4PbCl6零維鈣鈦礦納米晶，并揭示Mn2+摻雜Cs4PbCl6零維鈣鈦礦納米晶中顯著不同于其在CsPbCl3三維鈣鈦礦量子點(diǎn)中的發(fā)光特點(diǎn)和激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)（Adv. Sci.）；提出一種基于稀土納米晶的輻射能量傳遞上轉(zhuǎn)換敏化新機(jī)制，首次實(shí)現(xiàn)CsPbX3鈣鈦礦量子點(diǎn)在低功率半導(dǎo)體激光器激發(fā)下的全光譜高效上轉(zhuǎn)換發(fā)光和超長(zhǎng)激子熒光壽命調(diào)控（Nat. Commun.）；建立一種基于CsPbX3鈣鈦礦量子點(diǎn)的余輝光轉(zhuǎn)換新策略，實(shí)現(xiàn)窄帶、寬色域（＞130% NTSC）的全光譜高效長(zhǎng)余輝發(fā)光調(diào)控（Angew. Chem. Int. Ed.）。

圖1.基于能帶和表面結(jié)構(gòu)調(diào)控實(shí)現(xiàn)CsPbCl3納米晶高效紫外發(fā)光示意圖

圖2.（a）CsPbCl3納米晶和（b-e）不同Cd2+濃度摻雜CsPbCl3納米晶的明場(chǎng)透射電鏡照片。CsPbCl3納米晶以及不同Cd2+濃度摻雜CsPbCl3納米晶的（f）X射線衍射譜，（g）吸收光譜，（h）發(fā)射光譜，和（i）熒光衰減曲線

圖3.不同CdCl2濃度處理CsPbCl3:Cd2+納米晶的（a）發(fā)射光譜和（b）熒光量子產(chǎn)率。（c）330-nm 氙燈激發(fā)下，基于CdCl2表面鈍化前后CsPbCl3:Cd2+納米晶的熒光量子產(chǎn)率隨時(shí)間變化曲線。（d）85°C加熱下，基于CdCl2表面鈍化前后CsPbCl3:Cd2+納米晶的紫外發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間變化曲線