首尔大学Nat. Commun.：低维异质结构高发光 Cs-Pb-Br 钙钛矿

一、导读

钙钛矿材料其独特的半导体特性，广泛应用于太阳能电池、发光二极管、荧光粉、光电探测和激光器等光电功能器件。其晶体维度、空间结构、光电性能和光物理过程等，可以通过晶体结构设计、组分调控、温度和压力等因素进行调控。其中二维钙钛矿通过卤素取代的方式，改变晶格形变势能和自俘获自陷激子（STE）的势能外，卤素取代增强晶体中电子-声子耦合效率。这为调控二维钙钛矿中的电子-声子耦合强度实现功能应用提供了一个通用可行的新思路。对低维钙钛矿材料的设计，例如零维和三维钙钛矿材料等，需要改进设计思路，拓宽应用范围。

二、成果掠影

本文通过提供一种有效策略，通过将金属卤化物钙钛矿颗粒嵌入绝缘主体基质中，机械化学合成诱导异质结构产生，实现引导异质结构配置增强Cs₄PbBr₆粉末的发光特性，零维铯-铅-溴化钙钛矿 (Cs₄PbBr₆) 中观察到的亮绿色发射引发了深入研究。通过对Cs₄PbBr₆粉末合成过程中光学和结构特性的时间依赖性评估的深入研究，结果显示设计合成方案促进了 Cs₄PbBr₆/CsPbBr₃异质结构的内延形成，为制备用于发光应用的高发光钙钛矿发射器提供了关键见解。该项工作来自首尔国立大学Tae-Woo Lee、Jeongjae Lee和Keehoon Kang团队，题目为：“Mechanochemistry-driven engineering of 0D/3D heterostructure for designing highly luminescent Cs-Pb-Br perovskites”，发表在NATURE COMMUNICATIONS上。

三、核心创新点

1. 两种前驱体盐（CsBr 和 PbBr₂）和研磨球放入容器（氧化铝罐）中并连续旋转。该过程导致不同的 Cs-Pb-Br 钙钛矿零维 Cs₄PbBr₆、3D CsPbBr₃和 2D CsPb₂Br₅相。旋转磨型机械化学制备（ MCS） 的慢反应特性使得中间过程的细分成为可能分成几个步骤，可以精确观察中间相
2. Cs₄PbBr₆合成过程中对光学和结构特性的时间依赖性，进行深入的研究评估

3.设计合成方案促进了 Cs₄PbBr₆/CsPbBr₃异质结构的内延形成

四、数据概论

图1 用于合成钙钛矿相的整个 MCS 程序的示意图© Year The Authors

图2 MCS 过程中光学特性的时间演变和高发光绿色发射的起因探究© Year The Authors

图3 通过 PXRD 分析钙钛矿结构的时间演化© Year The Authors

图4 Cs-Pb-Br多晶型物的组成演变和竞争反应路径的基本动力学© Year The Authors

图5用于提高 CsPbBr₃-Cs₄PbBr₆异质结构发射率的目标设计合成路线© Year The Authors

五、成果展示

在这项工作中，我们展示了一种有效的合成路线产生高度发光的不同相钙钛矿材料，跟踪不同 Cs-Pb-Br 相的时间演变和0D Cs₄PbBr₆形成过程中的发射特性。经过利用机械化学制备（MCS ） 过程，观察到3D CsPbBr₃相先于 0D Cs₄PbBr₆相的生长，并且 Cs₄PbBr₆在内延中的延迟形成，能够预先形成 CsPbBr₃颗粒，在样品表面上观察到绿色发射光的存在。

由于MCS程序的简单性，本研究中建立的分析框架可以很容易地扩展到广泛的钙钛矿相关材料。此外，高发射通过优化 MCS 获得的 CsPbBr₃-Cs₄PbBr₆产物，通过进一步球磨减小尺寸来产生配体封端的纳米晶体异质结构。这样的 “自上而下”方法是一种很有前途的合成方法，为大规模金属卤化物钙钛矿的合成和功能化发光应用提供新的设计思路。

参考文献

Baek K-Y, Lee W, Lee J, et al. Mechanochemistry-driven engineering of 0D/3D heterostructure for designing highly luminescent Cs-Pb-Br perovskites [J]. Nature Communications, 2022, 13(1): 4263.

文献链接：

DOI：10.1038/s41467-022-31924-x

作者：金爵