【材料】基于零维有机金属锑卤化物的高效红色电致发光二极管- 大数跨境

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2023-01-26

导读：马必武教授团队发表在Advanced Materials 的最新研究成果实现了导电有机分子和金属卤化物的零维组装，突破了零维有机金属卤化物材料导电性能差的瓶颈。

有机金属卤化物作为新型杂化功能性光电材料是最近学术界的研究热点之一。不同于具有三维结构的钙钛矿，佛罗里达州立大学Biwu Ma（马必武）教授课题组另辟蹊径在过去的几年不断发展出了一系列具有分子角度低维结构的有机金属卤化物，包括二维、一维以及零维结构。在这类零维有机金属卤化物中，可被激发的金属卤化物单元均匀有序的掺杂在宽能带隙的有机阳离子配体里，从而有效地避免自吸收和自猝灭现象的发生。这种独特的零维结构令晶体材料的发光量子产率接近完美的100%。这是目前所知的所有宏观晶体发光材料中得到的最高量子产率，因此此类发光材料在电致发光二极管领域有着巨大的应用潜力。因为发光卤化物通常被嵌置在宽带隙的具有低导电率的有机阳离子基质中，形成不利于载流子传输的能带结构，抑制了此类发光材料在光电器件上的进一步应用。

图1. 解决零维有机金属卤化物应用于电致发光二极管领域的低电导率和能级不匹配问题的方法示意图。

近日，马必武教授团队发表在Advanced Materials 的最新研究成果实现了导电有机分子和金属卤化物的零维组装，突破了零维有机金属卤化物材料导电性能差的瓶颈。这项研究成果提供了一种全新的方法和思路：巧妙引入导电基团到有机阳离子配体，从分子角度合成调控零维有机无机金属卤化物的化学组装，改进其零维材料的低导电性缺陷，进而应用其功能材料制备高效的、光谱稳定的发光二极管。

该团队研发了一个全新的有机溴化锑杂化材料三苯基(9-苯基-9H-咔唑-3-基)溴化锑鏻 (TPPcarzSbBr₄)。在该杂化单晶中，金属卤化簇 (Sb₂Br₈^2-)被导电有机阳离子配体 (TPPcarz⁺) 分隔形成零维结构具有93.8%的发光量子效率。与此同时，通过简洁的方法用此前驱液可制备高发光亮度的（86.1%发光量子效率）、超级平滑的 (TPPcarzSbBr₄) 的薄膜，并且这种新型零维材料薄膜具有相比于三维钙钛矿薄膜更高的稳定性。除此之外，这项新的方法还克服了目前存在其它基于混合卤素钙钛矿的红光钙钛矿发光二极管的通病：由离子迁移及相分离引起的发光颜色改变和器件性能急降。基于此导电有机卤化锑杂化物，该团队成功实现了制备目前最高效率的、电致发光光谱稳定的红光新型零维材料发光二极管。制备的发光二极管的最高亮度可达5957 cd m^-2和14.2 cd A^-1的电流效率，同时外量子效率（EQEs）最高可达5.12%。

图2.零维TPPcarzSbBr₄单晶结构和对应的红色发光二极管器件组装。

这一结果表示，针对此类低维材料，不仅发光效率其电学特性也能够通过结构调控的方式得到提高。此研究的吸引人之处不仅在于探索了具有独特的光电性质的低维有机金属卤化物的应用，更是拓展了有机-无机杂化材料结构组装的可控性。相信随着有机金属卤化物的发展，可以得到更多具有不同且独特性质的功能材料，这一领域会展现出更高的研究价值和更光明的应用前景。

相关论文发表在Advanced Materials 杂志，该文第一作者为博士生刘鹤。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Efficient Red Light Emitting Diodes Based on a Zero-Dimensional Organic Antimony Halide Hybrid

He Liu, Tunde Blessed Shonde, Fabiola Gonzalez, Oluwadara Joshua Olasupo, Sujin Lee, Derek Luong, Xinsong Lin, J.S. Raaj Vellore Winfred, Eric Lochner, Iqra Fatima, Kenneth Hanson, Biwu Ma

Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202209417

导师介绍

马必武

https://www.x-mol.com/university/faculty/43021