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福建物構(gòu)所高效紫外發(fā)光全無機鈣鈦礦納米晶研究取得進(jìn)展
2021年03月15日 15:31:37
來源：福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所 點擊量：7776
全無機鉛鹵鈣鈦礦納米晶由于其具有熒光量子產(chǎn)率高、合成工藝簡單、吸收截面大和發(fā)射譜帶窄等優(yōu)異性能，在光伏和光電等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過學(xué)界的努力，全無機鉛鹵鈣鈦礦納米晶的發(fā)光調(diào)控已被廣泛報道，在材料合成、發(fā)光機理和應(yīng)用等方面取得了重要進(jìn)展。目前，這類材料的研究主要局限在可見光區(qū)，而具有紫外發(fā)光的全無機鉛鹵鈣鈦礦納米晶仍未見報道。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】全無機鉛鹵鈣鈦礦納米晶由于其具有熒光量子產(chǎn)率高、合成工藝簡單、吸收截面大和發(fā)射譜帶窄等優(yōu)異性能，在光伏和光電等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過學(xué)界的努力，全無機鉛鹵鈣鈦礦納米晶的發(fā)光調(diào)控已被廣泛報道，在材料合成、發(fā)光機理和應(yīng)用等方面取得了重要進(jìn)展。目前，這類材料的研究主要局限在可見光區(qū)，而具有紫外發(fā)光的全無機鉛鹵鈣鈦礦納米晶仍未見報道。
中國科學(xué)院功能納米結(jié)構(gòu)設(shè)計與組裝/福建省納米材料重點實驗室研究員陳學(xué)元團(tuán)隊在中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項和科學(xué)技術(shù)部國家重點研發(fā)專項等項目的支持下，近期提出了一個巧妙的策略，即通過分別調(diào)控CsPbCl3納米晶的能帶和表面結(jié)構(gòu)，設(shè)計合成了高效紫外發(fā)光全無機鈣鈦礦納米晶(圖1)。
研究團(tuán)隊通過Cd2+摻雜，在不改變CsPbCl3納米晶形貌和物相的基礎(chǔ)上，對材料的能帶進(jìn)行了調(diào)控，將CsPbCl3納米晶的帶隙從可見波段調(diào)控到紫外光區(qū)域，發(fā)射峰位于381 nm(圖2)。通過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，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)隊與結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點實驗室研究員鄧水全團(tuán)隊合作，基于飛秒瞬態(tài)吸收光譜分析和第一性原理計算，證實了顯著改善的發(fā)光性能主要得益于消除了引起無輻射弛豫的表面缺陷(如氯離子空位)。該研究為開發(fā)全無機鉛鹵鈣鈦礦納米發(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《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed.)，并被選為熱點論文，中國科學(xué)院大學(xué)博士研究生張云欽為論文第一作者，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)隊在全無機鈣鈦礦量子點的光學(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中的發(fā)光特點和激發(fā)態(tài)動力學(xué)(Adv. Sci.)；提出一種基于稀土納米晶的輻射能量傳遞上轉(zhuǎn)換敏化新機制，首次實現(xiàn)CsPbX3鈣鈦礦量子點在低功率半導(dǎo)體激光器激發(fā)下的全光譜高效上轉(zhuǎn)換發(fā)光和超長激子熒光壽命調(diào)控(Nat. Commun.)；建立一種基于CsPbX3鈣鈦礦量子點的余輝光轉(zhuǎn)換新策略，實現(xiàn)窄帶、寬色域(>130% NTSC)的全光譜高效長余輝發(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)光強度隨時間變化曲線
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