北京大學(xué)物理學(xué)院現(xiàn)代光學(xué)研究所、介觀物理國家重點實驗室肖立新教授課題組與合作者通過利用雙功能配體，有效分離晶體的生長與成核過程，原位可控制備了均相鈣鈦礦納米晶薄膜，并由此制成高性能的鈣鈦礦發(fā)光二極管。

2023年6月14日，相關(guān)研究成果以“分離晶體生長與成核過程實現(xiàn)原位可控制備高效發(fā)光鈣鈦礦納米晶”（Separating Crystal Growth from Nucleation Enables the in-situ-controllable Synthesis of Nanocrystals for Efficient Perovskite Light-emitting Diodes）為題發(fā)表于《先進材料》（Advanced Materials）上。

鹵化物鈣鈦礦在太陽能電池、光電探測器、激光器和發(fā)光二極管等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值，它結(jié)合了多種優(yōu)異的光電性能：可調(diào)節(jié)的帶隙、較長的載流子擴散距離和低成本的溶液制備方法等。

目前鈣鈦礦納米晶大部分采用溶液相中預(yù)合成膠體納米晶的方法，雖然有效控制了納米晶的尺寸和均勻性，但為了防止納米晶的聚集，使用了大量的長鏈配體（如油胺和油酸，導(dǎo)電性差），從而限制其在電致發(fā)光器件的應(yīng)用。而通過傳統(tǒng)的原位制備方法所形成的納米晶，其性能較預(yù)合成的納米晶有較大的差距，原因是鈣鈦礦結(jié)晶過程過快而不容易得到均勻生長的納米晶（圖一）。

圖一：原位制備鈣鈦礦納米晶的結(jié)晶過程示意圖

針對這一難題，研究團隊通過研究配體結(jié)構(gòu)對于原位結(jié)晶過程的影響，開創(chuàng)性地引入了一種雙功能的配體Br-NH3+(CH2)4COOH （δ‐AVA?HBr），實現(xiàn)對鈣鈦礦結(jié)晶過程中晶體生長與結(jié)晶成核過程的分離調(diào)控，成功制備了具有6.8 ± 1.6納米的量子限域尺寸的鈣鈦礦納米晶均相薄膜（圖二）。

此外，結(jié)合表面配體鈍化策略，得到具有接近100%發(fā)光量子產(chǎn)率的鈣鈦礦納米晶薄膜。最終，實現(xiàn)了電流效率達109cd A-1（對應(yīng)外量子效率24.2%）的高穩(wěn)定性綠光鈣鈦礦發(fā)光二極管，超過了常規(guī)膠體納米晶發(fā)光器件的性能，展示了在光電子領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價值。

圖二：銨鹽型雙齒配體調(diào)制的鈣鈦礦納米晶結(jié)晶過程及其提升的性能

發(fā)表成果中，北京大學(xué)物理學(xué)院現(xiàn)代光學(xué)研究所博士研究生俞文錦為第一作者，加拿大多倫多大學(xué)魏明楊、吉林大學(xué)張立軍教授、上海大學(xué)廖英杰副研究員及肖立新為共同通訊作者，合作者還包括北京大學(xué)物理學(xué)院、材料科學(xué)與工程學(xué)院、化學(xué)與分子工程學(xué)院及合作單位的多位研究人員。研究工作得到了國家科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、國家重點實驗室以及北京大學(xué)長三角光電科學(xué)研究院等經(jīng)費支持。（來源：北京大學(xué)）