为此，加拿大多伦多大学Edward H. Sargent和吕正红等人报道了钙钛矿的QD表面置换处理，以实现由阴离子内壳以及由阳离子和极性溶剂分子组成的外壳构成的双极壳，其中外壳静电吸附到带负电的内壳上。与先前报道的低维钙钛矿相比，此方法可生产出具有强限域的钙钛矿QD固体膜，该固体膜具有改善的载流子迁移率（≥0.01 cm2 V-1 s-1）和降低的陷阱密度。发射蓝光QD薄膜的光致发光量子产率超过90％。通过利用提高的移动性，作者已经能够制造基于CsPbBr3QD的高效蓝色和绿色发光二极管。陷阱密度降低的蓝色器件外部量子效率为12.3％；绿色器件的外部量子效率达到22％。
作者采用双极壳表面置换方法，借助原子配体以静电方式稳定钙钛矿型量子点。根据先前报道的方法，合成了具有强量子限域的单分散CsPbBr3钙钛矿量子点。
图1 钙钛矿型量子点的双极壳表面置换
双极表面置换方法适用于具有一系列带隙、形状和成分的钙钛矿QD。在每种情况下，作者都实现了成功的交换和重新分散。为了进一步探索双极壳模型，作者在交换过程中测量了阴离子交换率，结果如图2所示。
图2 双极壳稳定的CsPbBr3 QD的化学和光物理性质
旋转浇铸的QD薄膜TEM图像显示了QD的自组装（图3b，c）。TEM中的QD间距离（〜4.2 nm，图3b）比具有常规有机配体的QD距离（6-7 nm）小（图3a）。掠入射小角X射线散射（GISAXS）衍射图（图3d）表明了单分散QD的取向顺序。衍射图样的方位积分显示出一个尖峰，其QD间距离为4.2 nm（图3e）。如图3f所示，表面置换QD薄膜的恢复时间为4 ns；激子扩散长度为〜70 ±30 nm（图3g），使用Mott-Gurney方法得到了µe=0.02 cm2 V−1 s−1 和µh=0.01 cm2 V−1 s−1，这些值高于先前报道的钙钛矿QD膜和相似带隙的2D钙钛矿薄膜（图3h）。
图3 由双极性壳表面置换QD油墨构成的CsPbBr3 QD固体膜的性能
蓝色器件表现出≤20 nm的窄发射线宽（图4f）。最好的蓝色器件EQE值为12.3％（图4d）。与蓝色钙钛矿型LED和利用已报道的方法纯化合成的QD对照器件相比，使用表面置换QD的LED显示更低的开启电压（仅在带隙上方约0.1 eV，图4b，c）。
图4 基于钙钛矿QD固体膜的蓝光和绿光LED
总之，该研究采用了基于溶液的配体交换来稳定具有双极壳的钙钛矿QD胶体。QD墨水产生了紧密堆积的QD固态膜，具有近乎统一的PLQY和高载流子迁移率。另外，使用不同尺寸的QD制造了高效的LED，绿色和蓝色LED均显示出增强的工作稳定性。这项工作进一步证实，经过适当处理的钙钛矿纳米晶体有望应用于下一代LED。
华算科技专注理论计算模拟服务，是唯一拥有VASP商业版权及其计算服务资质、唯一拥有全职技术团队的正规机构！采用第一性原理计算与分子动力学、蒙特卡罗等方法相结合，对电池、催化、纳米材料、生物医药等进行多尺度设计与模拟，专注为海内外催化、纳米及能源领域科研人员提供材料计算模拟整体技术解决方案。
涉及方向：材料结构、扩散、电导率、表面吸附能/吸附位、吸附分子构型优化、催化活性能、反应路径计算、OER、HER、ORR、自由能计算等。
客户群体：清华、北大、天大、北理、北航、西交、华工、同济、复旦以及中科院各大院所等百余个高校院所。
客户成果：Angew.、JACS、Nature子刊、Science子刊、AM、AEM、AFM、JMCA、ACS Nano、NanoEnergy等国际优质期刊
