Light |超高清显示用纯蓝光CsPbBr₃纳米片

强限域的CsPbBr₃钙钛矿纳米晶因离子晶体结构软和缺陷密度高，导致其难以维持满足超高清显示用的纯蓝光发射。为此，香港城市大学Andrey L.Rogach同加拿大维多利亚大学郑维佳、吉林大学张晓宇团队合作，采用配体工程策略，利用高键能的十二烷基苯磺酸（DBSA）调节化学反应平衡态，构筑了稳定的晶面，提高了CsPbBr₃纳米片晶体的完整性和结构刚性，获得了稳定且荧光量子效率达97%的纯蓝光CsPbBr₃纳米片，制备了满足Rec.2020标准纯蓝光CsPbBr₃钙钛矿发光二极管。该研究成果发表在《Light: Science & Applications》，题为“Enhancing crystal integrity and structural rigidity of CsPbBr3nanoplatelets to achieve a narrow color-saturated blue emission”。

研究背景

强限域卤化铅钙钛矿纳米晶因荧光量子效率高、颜色纯、色域广等优势，已成为下一代高清显示的明星材料。相较于显示用红、绿光钙钛矿LED逼近30%的外量子效率而言，纯蓝光钙钛矿LED的性能要远落后于红、绿光LED。究其根本是由于高品质纯蓝光钙钛矿难合成。目前，纯蓝光钙钛矿主要通过混合卤素和降低维度两种方式获得，混合卤素不可避免的出现相分离，导致电致光谱不稳定、色纯度差的问题；利用量子限域效应降低纳米晶粒径会诱发表面缺陷增多，导致非辐射复合，荧光量子效率受损，光谱展宽。配体工程策略有助于降低晶体结构的表面能，钝化表面缺陷，提高纳米晶体质量。本研究借助配体工程技术，利用高键能配体同CsPbBr₃纳米片的强配位能力，抑制配体的解吸，构筑稳定的晶体表面，抑制表面缺陷形成，提高光学性质的同时稳定晶体结构，合成了窄带隙、高效率的纯蓝光CsPbBr₃纳米片，基于所合成的纳米片制备了完全满足REC.2020标准的纯蓝光钙钛矿LED。

创新研究

相较于常规CsPbBr₃纳米片晶体结构稳定性差、表面配体易解吸，导致电致光谱不稳定、色纯度差的问题。本研究发展了配体工程策略，如图1所示，利用高键能配体十二烷基苯磺酸，调节了化学反应平衡态，抑制了副产物的生成，提高了晶体结构的完整性和均一性；十二烷基苯磺酸的高粘度减缓了前驱体的扩散速率，从而降低了钙钛矿的结晶速度，提高CsPbBr₃纳米片的结晶度；此外，十二烷基苯磺酸可以与表面铅离子形成强配位，阻断配体的解吸，稳定晶体表面结构，提高结构刚性；此外，如图2所示，十二烷基苯磺酸平行于纳米片的表面，同一个铅、三个铯以多位点的方式锚定在CsPbBr₃纳米片表面，在其表面形成一薄层的Cs_xO隔绝外部侵蚀，提高环境抗性和电化学稳定性；通过瞬态和变温光谱等表征证实了该策略对纳米片电子/结构的优化，最终获得了荧光量子效率为97%、窄发射的纯蓝光发射的优质CsPbBr₃纳米片，并在室温和低温分别制备了色坐标为（0.141,0.062）和（0.138,0.050）完全满足超高清显示用光谱稳定的窄发射的纯蓝光CsPbBr₃纳米片LED。

应用与展望

论文信息

Huang, Q., Yin, W., Gao, B. et al. Enhancing crystal integrity and structural rigidity of CsPbBr3 nanoplatelets to achieve a narrow color-saturated blue emission. Light Sci Appl 13, 111 (2024).  

https:‍//doi.org/10.103‍8/‍s41377-024-‍01441-1