【引言】

　　近年來(lái)，含鉛鈣鈦礦APbX3 (A=Cs, CH3NH3, X=Cl, Br, I)被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管(LED)、納米激光器、以及光探測(cè)器等方向。相比于宏觀材料，納米晶體具有更高的發(fā)光效率、更大的吸光系數(shù)，以及帶隙易調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。雖然含鉛鈣鈦礦具有眾多優(yōu)勢(shì)，但是鉛對(duì)環(huán)境和人體有害，而且含鉛鈣鈦礦在空氣中很容易分解，不利于大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。因此尋找毒性低且穩(wěn)定性好的鈣鈦礦很有必要。

　　【成果簡(jiǎn)介】

　　中科院大連化學(xué)物理研究所韓克利研究員團(tuán)隊(duì)在Angew. Chem. Int. Ed.發(fā)表了文章”Lead-Free, Air-Stable All-Inorganic Cesium Bismuth Halide Perovskite Nanocrystals“。研究者采用溶液法一步合成了含Bi的鈣鈦礦(Cs3Bi2Br9)納米晶，通過(guò)改變鹵素(Cl-Br-I)可以實(shí)現(xiàn)在400-560nm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其發(fā)光光譜。分析其時(shí)間分辨發(fā)光光譜，以及飛秒瞬態(tài)吸收光譜(該光譜儀為自行研制的)，發(fā)現(xiàn)晶體表面的缺陷態(tài)是限制其發(fā)光效率的重要因素，選取合適的表面活性劑(例如油酸)可以鈍化其表面缺陷態(tài)，并且發(fā)光效率可提升二十多倍。此外，該材料在空氣中具有較好的穩(wěn)定性，可以在濕潤(rùn)環(huán)境下存放超過(guò)1個(gè)月。這些性質(zhì)表明含Bi鈣鈦礦具有很好的應(yīng)用潛力。

　　【圖文導(dǎo)讀】

　　圖1 Cs3Bi2Br9鈣鈦礦結(jié)構(gòu)及表征

　　a.Cs3Bi2Br9鈣鈦礦晶胞

　　b.Cs3Bi2Br9納米晶XRD衍射圖

　　c-e.TEM圖片以及高分辨TEM圖片

　　f.Cs3Bi2Br9納米晶體尺寸分布直方圖

　　圖2 Cs3Bi2Br9納米晶的穩(wěn)態(tài)光譜以及瞬態(tài)光譜分析

　　a.穩(wěn)態(tài)吸收光譜以及熒光光譜

　　b.無(wú)表面活性劑的納米晶以及油酸包裹的納米晶時(shí)間分辨光譜對(duì)比圖

　　c.無(wú)表面活性劑的納米晶以及油酸包裹的納米晶高分辨率時(shí)間分辨光譜對(duì)比圖

　　d.瞬態(tài)吸收光譜

　　e.瞬態(tài)吸收DAS擬合得到三個(gè)組份：超快壽命(2ps)，中等壽命(300ps)，慢壽命(>3ns)

　　f.激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)模型

　　圖3不同鹵素的Cs3Bi2X9(X=Cl，Br，I)鈣鈦礦納米晶

　　a.Cs3Bi2X9 (X=Cl,Cl5Br0.5, Br, Br0.5I0.5, I)膠體

　　b.Cs3Bi2X9 (X=Cl,Cl5Br0.5, Br, Br0.5I0.5, I)納米晶XRD衍射圖

　　c.Cs3Bi2X9 (X=Cl,Cl5Br0.5, Br, Br0.5I0.5, I)納米晶穩(wěn)態(tài)吸收及熒光光譜

　　圖4 Cs3Bi2Br9納米晶穩(wěn)定性測(cè)試

　　a.在空氣中存放不同時(shí)間量子發(fā)光效率

　　b.空氣中存放10天后的XRD衍射峰對(duì)比圖

　　c.在不同濕度環(huán)境存放48h后測(cè)得量子發(fā)光效率對(duì)比圖

　　d.新合成Cs3Bi2Br9納米晶和在空氣中存放22天后時(shí)間分辨光譜對(duì)比圖，水分可以鈍化其表面缺陷態(tài)

　　【小結(jié)】

　　該研究團(tuán)隊(duì)首次合成出非鉛鈣鈦礦Cs3Bi2Br9納米晶，并揭示其發(fā)光動(dòng)力學(xué)機(jī)理：表面缺陷態(tài)是限制其發(fā)光效率的重要因素，通過(guò)選取合適的表面活性劑可鈍化其表面缺陷態(tài)提升其發(fā)光效率。該機(jī)理為進(jìn)一步提升鈣鈦礦納米晶發(fā)光效率指明了方向，也有望用于其他發(fā)光材料體系。

　　文獻(xiàn)鏈接：Lead-Free, Air-Stable All-Inorganic Cesium Bismuth HalidePerovskite Nanocrystals (Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI:10.1002/anie.201704739)(文/圖楊斌)