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我院硕士研究生在国际期刊 Journal of Materials Chemistry A 发表论文

作者: UJN iAIR   信息来源:前沿交叉科学研究院    发布时间: 2020-03-08

红色荧光的Cs4PbI6零维钙钛矿纳米晶

 

第一作者:刘念桥,孙瑞佳

通讯作者:张玉海

通讯单位:济南大学

The article was first published on 26 Feb 2020

J. Mater. Chem. A, 2020, Accepted Manuscript

https://doi.org/10.1039/D0TA00211A

 

 

文章简介:

原始的零维(0D)钙钛矿通常具有高达45 eV的大带隙,为绝缘体材料。但是研究人员发现Cs4PbBr6在绿色区域发光,这使其成为了研究的热点。迄今为止仅发现基于BrCs4PbX6钙钛矿具有发光性,从未报道过其他卤化物钙钛矿,例如Cs4PbI6。济南大学张玉海团队报告了通过室温下的沉淀法成功合成发红光的Cs4PbI6零维钙钛矿,经表征其具有尖锐的发射峰和激发峰,温度相关的光致发光测量评估了其激子结合能(172 meV)。与其对应的三维CsPbI3纳米晶体相比,Cs4PbI6PL对离子交换和光漂白效果均显示出强大的抵抗力。这项工作为零维钙钛矿家族带来了一个新的发光成员,也对其他类似结构的发光探索有所启发

 

 

1.发红光的Cs4PbI6纳米晶的结构表征。

 

要点1Cs4PbI6钙钛矿的晶体结构显示灰色的[PbI6] 4-八面体被Cs原子完全包围,形成了一系列分离的[PbI6] 4-分子。扫描电子显微镜(SEM)图像显示,纳米晶体适应直径约380 nm的均匀六边形形状。Cs4PbI6晶体的组成通过能量色散光谱仪进行分析,显示为富碘环境,在这种环境中不太可能形成CsPbI3相。我们分别在80 K298 K温度下进行拉曼光谱测量,以探测[PbI6] 4-分子的运动。室温下的拉曼光谱在58 cm-188 cm-1处显示两个特征峰,可以将其分配为[PbI6] 4-I-Pb-1弯曲模式和Pb-1拉伸模式,另外,在108 cm-1附近的个峰归因于[PbI6] 4-Cs+耦合的振动模式。随着温度降低到80 K58 cm-1处的峰分裂为56 cm-163 cm-1处的两个特征峰,表明低温下动态无序散射减少。

 

2. Cs4PbI6纳米晶的光致发光研究。 

 

要点2Cs4PbI6纳米晶的光致发光(PL峰在680 nm处,半峰宽(FWHM)为33 nm。光致发光激发(PLE)光谱在330 nm450 nm处显示两个峰,与吸收曲线中的任何特征都不重叠。我们使用450 nm激光器作为激发源,并使用凸透镜来获得高功率密度,根据幂定律IPk,从0.040.34 W / cm2的功率范围内,k约为1.06,表明PL是由束缚激子(缺陷状态的供体-受体对)重组产生的;然而,在0.464 W / cm2的范围内,k小于1,这表明发生了自由结合的重组,其中发生了从自由激子到缺陷态的能量转移过程。我们还收集了680 nm处的PL衰减曲线,并通过拉伸指数函数进行拟合。

 

3. Cs4PbI6纳米晶的温度依赖性PL

 

要点3由于声子辅助弛豫,PL强度随着温度的升高而逐渐消失,PL峰随温度升高产生蓝移。通过拟合得到的激子结合能为172 meV,这表明电子-空穴对是典型的Frenkel激子。另外,随着温度的升高,FWHM明显增加,这归因于激子与声子之间的强相互作用。

 

4. CsPbI3Cs4PbI6纳米晶的PL稳定性比较。

 

要点4钙钛矿不稳定的离子性质导致它们的PL稳定性差,添加溴源(四正辛基溴化铵,TOAB)后,CsPbI3PL峰从680 nm迅速蓝移,PL强度显着降低了94%;同时,450 nm激光器(功率密度为74.9 mW / cm2)的光致漂白效应导致了其PL2小时内下降了57%。与之形成鲜明对比的是,Cs4PbI6纳米晶体在阴离子交换和光漂白实验中均表现出明显增强的稳定性。

 


小结:

总之,这项工作报告了具有规则六边形形状的发射性Cs4PbI6钙钛矿纳米结构。 XRD结果显示为0D Cs4PbI6钙钛矿680 nm处显示20%的PLQY。我们的单粒子成像结果揭示了粒子之间的异质发射,并且温度依赖性PL显示了172 meV的大激子结合能。另外,其三维相相比,Cs4PbI6钙钛矿纳米晶在阴离子交换和光漂白实验中均表现出优异的稳定性。本项工作为零维钙钛矿家族带来了一个新的发光成员,这打破了Br光体的独特性,并为今后其他相关卤化物钙钛矿的探索提供了思路

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