用户前沿丨杨培东，新年首篇钙钛矿Science

2024-01-05 17:45:07 369阅读次数

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【导读】

高光致发光量子产率（PLQY）的蓝光和绿光发光器是目前固态照明和彩色显示领域的研究前沿。虽然共价半导体（如Si、Zn共掺杂的GaN）的PLQY值可以达到90%，但共价半导体需要高纯度，并依赖接近1000℃温度下的高温固态合成。作为替代品，离子卤化物钙钛矿因其高光吸收系数、可调带隙、高缺陷容限以及高效光致和电致发光而受到广泛关注。Z近研究表明，卤化物钙钛矿的光电特性源于晶体结构中的[MX₆]^n?基元（其中M是金属阳离子，X 是卤化物阴离子），并且可以被用于发光探索。其中，具有Hf⁴⁺或Zr⁴⁺中心的八面体，特别是[HfBr₆]^2-和[ZrBr₆]^2-八面体很少被研究。一方面，Hf⁴⁺和Zr⁴⁺金属中心在A₂MX₆相中具有极大的空气和湿度敏感性，需要高温条件下的严苛合成条件；另一方面，制备的样品极易含有杂质。

【成果掠影】

基于以上研究背景，美国加州大学洛杉矶分校杨培东教授（通讯作者）等人通过铪（Hf）和锆（Zr）卤化物八面体团簇的超分子组装，展示了近乎统一PLQY的蓝色和绿色发射。高发光的卤化物钙钛矿粉末可以在低温有机溶液中进行合成，并且具有优异的溶液加工性，可以用于薄膜显示器和自发光3D打印。相关研究成果以“Supramolecular assembly of blue and green halideperovskites with near-unity photoluminescence”为题发表在2024年第一期Science期刊上。

【核心创新点】

1、通过超分子自组装策略，实现了卤化物钙钛矿近乎统一PLQY的蓝光和绿光发射。

2、高发光的钙钛矿粉末可以低温溶液合成，并具有优异的溶液加工性。

【数据概览】

图1. [HfBr₆]^2-离子八面体结构。? 2024 AAAS

图2. 蓝光(18C6@K)₂HfBr₆粉末PLQY 为96.2%，绿光 (18C6@K)₂ZrCl₄Br₂粉末PLQY为82.7%。? 2024 AAAS

图3. (18C6@K)₂HfBr₆和 (18C6@K)₂ZrCl₄Br₂的光物理分析。? 2024 AAAS

图4.高发射蓝色和绿色半导体油墨的溶液可加工性和显示应用。? 2024 AAAS

图5.蓝绿双色3D打印。? 2024 AAAS

【成果启示】

综上，本工作中作者提出了一种卤化物钙钛矿（卤化铪和卤化锆）八面体团簇的超分子组装策略，高纯的钙钛矿粉末可以通过低温溶液合成得到，打破了以往高温固态合成和含有较多杂质的限制。得到的卤化物钙钛矿具有近乎统一的PLQY高光发射，蓝光发射PLQY可达到96.2%，绿光发射PLQY为82.7%。并且，这些高发光的钙钛矿粉末可以在环境条件下进行溶液加工，在制备的薄膜显示器和3D打印自发光器件中仍能保持高的PLQY。本研究为卤化物钙钛矿高发光材料的制备研究提供了重要借鉴，有力推动了相关材料在固态照明和彩色显示领域的实际应用。

原文详情：Zhu, et al. Supramolecular assembly of blue and green halide perovskites with near-unity photoluminescence, Science (2024). https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi4196。

本文由famous程稿。

本内容为作者独立观点，不代表材料人网立场。

转载自材料人

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加州大学伯克利分校杨培东教授团队报道了在铪（Hf）和锆（Zr）卤化物八面体团簇的超分子组装，实现了近单位光致发光量子产率蓝光和绿光发射。文中利用爱丁堡FS5完成二维，三维稳态光谱以及量子效率的测定，从而研究材料的STE发射的机理。爱丁堡稳态瞬态荧光光谱仪可为钙钛矿相关材料提供基本的光物理表征，为其机理提供实验依据。