近日，鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院材料物理研究所在新型鈣鈦礦量子點(diǎn)穩(wěn)定性提升方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以鄭州大學(xué)為第一單位發(fā)表于國際權(quán)威期刊《Chemistry of Materials》（影響因子：10.159）上，（Sodium Doping-Enhanced Emission Efficiency and Stability of CsPbBr3Nanocrystals for White Light-Emitting Device，Chemistry of Materials, 11, 3917-3928 (2019)），并被選為該期的雜志封面（Cover）。該論文的第一作者為李森博士，通訊作者為史志鋒副教授、楊東問副教授以及李新建教授。
近年來，金屬鹵化物鈣鈦礦量子點(diǎn)體系材料因其制備工藝簡單、熒光量子產(chǎn)率高、色域覆蓋范圍廣以及發(fā)光純度高等優(yōu)點(diǎn)，引起了國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。經(jīng)過科學(xué)家的不懈努力，目前基于鈣鈦礦量子點(diǎn)材料的紅、綠、藍(lán)光發(fā)光二極管（LED）已可成功制備，在發(fā)光亮度、色純度和能耗等方面展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，有望應(yīng)用于大尺寸超清顯示和高端照明等領(lǐng)域。但迄今為止，CsPbX3鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定性依然是一個亟待解決的科學(xué)難題，也是限制鈣鈦礦基發(fā)光器件走向應(yīng)用的關(guān)鍵。
不同于以往報道的包覆策略，此論文基于室溫溶液技術(shù)進(jìn)行了堿金屬摻雜研究，成功地實現(xiàn)了金屬鈉離子在CsPbX3鈣鈦礦量子點(diǎn)中的替位摻雜，在增強(qiáng)材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時也大幅提升了材料的熒光量子效率。理論上，通過第一性原理計算NaPb缺陷具有相對較低的形成能，同時NaPb缺陷的產(chǎn)生增加了材料的光學(xué)帶隙，并大幅提升了鹵素陰離子在晶格中的擴(kuò)散勢壘，對材料的穩(wěn)定性改善是有利的。實驗上，當(dāng)Na/Pb原子比例為0.027時，材料的發(fā)光峰由530 nm藍(lán)移至505 nm，與理論計算結(jié)果相吻合；熒光量子產(chǎn)率從最初的44%增加至86%；此外，CsPbBr3:Na鈣鈦礦量子點(diǎn)的抗紫外光、水以及熱穩(wěn)定性較CsPbBr3量子點(diǎn)大幅提升，連續(xù)經(jīng)過七個加熱/冷卻（20-120℃）循環(huán)測試后，CsPbBr3:Na鈣鈦礦量子點(diǎn)的發(fā)光效率幾乎可以維持。進(jìn)一步，通過與商用紅光熒光粉混合構(gòu)建了白光LED，器件展現(xiàn)出優(yōu)良的工作穩(wěn)定性，在未封裝情況下、連續(xù)工作500小時后，器件的發(fā)光效率可維持在最初值的85%以上，較CsPbBr3量子點(diǎn)基白光LED（30%）有了大幅的提升。上述研究成果為鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定性提升研究及器件應(yīng)用提供了新的思路。
消息顯示，該工作得到了國家自然科學(xué)基金、河南省高校科技創(chuàng)新人才支持計劃以及鄭州大學(xué)物理學(xué)科推進(jìn)計劃等項目的支持。
來源：鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院
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