清華新聞網(wǎng)3月17日電 半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有量子產(chǎn)率高,、發(fā)射光譜窄,、兼容溶液工藝等優(yōu)點(diǎn)，在光電材料與器件領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,，相關(guān)研究獲得了2023年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),。
與傳統(tǒng)的II-VI族、III-V族量子點(diǎn)（如CdSe,、CdS,、InP等）相比，鈣鈦礦量子點(diǎn)具有成本低,、合成工藝簡單,、光譜連續(xù)可調(diào)等獨(dú)特的優(yōu)勢，近年來備受關(guān)注,?；阝}鈦礦量子點(diǎn)的發(fā)光器件的外量子效率已提高至20%以上，初步達(dá)到了商業(yè)應(yīng)用門檻,。然而,，由于鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定性較差，發(fā)光器件的運(yùn)行壽命僅為數(shù)十或數(shù)百小時(shí),，阻礙了其進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化,。
鈣鈦礦量子點(diǎn)需要配體與其表面結(jié)合以保持膠體穩(wěn)定。然而,，在鈣鈦礦量子點(diǎn)的生長,、純化、成膜,、儲(chǔ)存過程中,，表面高動(dòng)態(tài)且不穩(wěn)定的配體容易脫落，使表面原子配位不足,，不飽和鍵和懸空鍵增加,，其表面的非配位原子容易與其他原子結(jié)合，導(dǎo)致鈣鈦礦量子點(diǎn)團(tuán)聚或奧斯瓦爾德熟化，產(chǎn)生各種缺陷,，進(jìn)一步影響其發(fā)光性能和穩(wěn)定性,。
近日，清華大學(xué)化學(xué)系馬冬昕團(tuán)隊(duì)提出了一種分子誘導(dǎo)的量子點(diǎn)熟化控制策略,，實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定的鈣鈦礦量子點(diǎn)深紅光器件,。團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一系列雙齒有機(jī)小分子，具有較小的尺寸和分子柔韌性,，可通過扭曲其本身結(jié)構(gòu)粘附在鈣鈦礦量子點(diǎn)表面，與失配位的Pb2+相互作用,，維持穩(wěn)定表面狀態(tài),，抑制了鈣鈦礦量子點(diǎn)的不良熟化和團(tuán)聚現(xiàn)象，降低表面缺陷態(tài)密度,，提升量子產(chǎn)率,。
圖1.分子誘導(dǎo)的量子點(diǎn)熟化控制策略示意圖
團(tuán)隊(duì)基于高性能的鈣鈦礦量子點(diǎn)構(gòu)筑了深紅光器件，發(fā)光峰位于686nm,，外量子效率高達(dá)26.0%,。器件展現(xiàn)了優(yōu)異的工作穩(wěn)定性，在13.3mA cm?2的恒定高電流密度下的工作半衰期為310min,，而在初始輻射亮度為190mW sr?1m?2下的工作半衰期長達(dá)10587 h,。此外，這種鈣鈦礦量子點(diǎn)溶液展現(xiàn)出優(yōu)異的可存儲(chǔ)性,，存儲(chǔ)一個(gè)月,、三個(gè)月之后的溶液構(gòu)筑的器件的外量子效率分別為21.7%、20.3%,。
以上結(jié)果表明,，論文所提出的分子誘導(dǎo)的量子點(diǎn)熟化控制策略可有效提升鈣鈦礦量子點(diǎn)發(fā)光器件的效率和穩(wěn)定性，使其在高清顯示和生物醫(yī)學(xué)治療中具有實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景,。
圖2.鈣鈦礦量子點(diǎn)發(fā)光器件的光電性能
圖3.鈣鈦礦量子點(diǎn)發(fā)光器件的穩(wěn)定性
相關(guān)研究成果以“分子誘導(dǎo)的鈣鈦礦量子點(diǎn)熟化控制策略實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的發(fā)光器件”（Molecule-Induced Ripening Controlin Perovskite Quantum Dots for Efficient and StableLight-Emitting Diodes）為題,，于3月14日發(fā)表于《科學(xué)·進(jìn)展》（Science Advances）。
清華大學(xué)化學(xué)系博士后陳嘉偉,、湖南大學(xué)半導(dǎo)體學(xué)院（集成電路學(xué)院）副教授陳樹林,、清華大學(xué)化學(xué)系博士生劉翔宇為論文的共同第一作者，清華大學(xué)化學(xué)系馬冬昕副教授為論文的通訊作者,，清華大學(xué)化學(xué)系為第一通訊單位,。研究得到國家自然科學(xué)基金委青年基金、清華大學(xué)篤實(shí)計(jì)劃,、中國博士后面上項(xiàng)目,、中國博士后特別資助、國家資助博士后研究人員計(jì)劃以及清華大學(xué)“水木學(xué)者”計(jì)劃的支持。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads7159
供稿：化學(xué)系
編輯：李華山
審核：郭玲
