郑州大学在钙钛矿量子点稳定性提升及LED应用方面取得进展

近年来，金属卤化物钙钛矿量子点体系材料因其制备工艺简单、荧光量子产率高、色域覆盖范围广以及发光纯度高等优点，引起了国内外研究人员的广泛关注。经过科学家的不懈努力，目前基于钙钛矿量子点材料的红、绿、蓝光发光二极管（LED）已可成功制备，在发光亮度、色纯度和能耗等方面展现出明显优势，有望应用于大尺寸超清显示和高端照明等领域。但迄今为止，CsPbX₃钙钛矿量子点的稳定性依然是一个亟待解决的科学难题，也是限制钙钛矿基发光器件走向应用的关键。

图1：（a）Na⁺掺杂CsPbBr₃量子点的制备过程示意图；（b）Na⁺掺杂CsPbBr₃量子点溶液在紫外灯照射下的照片；（c）白光LED器件在9 mA电流下的发光照片；（d）白光LED器件的色坐标图；（e）白光LED器件发光强度随时间的变化曲线。

不同于以往报道的包覆策略，郑州大学材料物理教育部重点实验室的史志锋副教授（点击查看介绍）等人基于室温溶液技术进行了碱金属掺杂，成功地实现了金属钠离子在CsPbX₃钙钛矿量子点中的替位掺杂，在增强材料结构稳定性的同时也大幅提升了材料的荧光量子效率。理论上，通过第一性原理计算Na_Pb缺陷具有相对较低的形成能，同时Na_Pb缺陷的产生增加了材料的光学带隙，并大幅提升了卤素阴离子在晶格中的扩散势垒，对材料的稳定性改善是有利的。实验上，当Na/Pb原子比例为0.027时，材料的发光峰由530 nm蓝移至505 nm，与理论计算结果相吻合；荧光量子产率从最初的44%增加至86%；此外，CsPbBr₃:Na钙钛矿量子点的抗紫外光、水以及热稳定较CsPbBr₃量子点大幅提升，连续经过七个加热/冷却（20−120℃）循环测试后，CsPbBr₃:Na钙钛矿量子点的发光效率几乎可以维持。进一步，通过与商用红光荧光粉混合构建了白光LED，器件展现出优良的工作稳定性，在未封装情况下、连续工作500小时后，器件的发光效率可维持在最初值的85%以上，较未封装的器件（30%）有了大幅的提升。上述研究成果为CsPbX₃钙钛矿量子点的稳定性提升研究及器件应用提供了新的思路。

这一成果近期发表在国际权威期刊Chemistry of Materials 上，并被选为该期的杂志封面（Cover）。文章的第一作者是郑州大学的博士生李森，通讯作者为郑州大学的史志锋副教授和李新建教授，理论部分的工作由杨东问讲师指导完成。该工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金以及河南省高校科技创新人才等项目的支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Sodium Doping-Enhanced Emission Efficiency and Stability of CsPbBr₃ Nanocrystals for White Light-Emitting Device

Sen Li, Zhifeng Shi, Fei Zhang, Lintao Wang, Zhuangzhuang Ma, Dongwen Yang, Zhiqiang Yao, Di Wu, Ting-Ting Xu, Yongtao Tian, Yuantao Zhang, Chongxin Shan, Xin Jian Li

Chem. Mater., 2019, 11, 3917−3928, DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b05362

史志锋博士简介

史志锋，男，1987年生。2015年获吉林大学博士学位，所学专业为微电子学与固体电子学。2015年8月至今在郑州大学材料物理教育部重点实验室工作。研究方向为新型钙钛矿基光电器件，包括发光二极管、光电探测器和激光器等。在Nano Letters、ACS Nano、Advanced Functional Materials以及Chemistry of Materials等国际权威期刊上已发表SCI学术论文81篇，其中以第一/通讯作者身份发表SCI学术论文40篇，包括中科院一区论文19篇，“高被引论文”2篇，并有7篇SCI文章被选为杂志封面，合著英文专著2部（章节），申请发明专利10项，已授权6项。

https://www.x-mol.com/university/faculty/49572