近日，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所副研究員曾慶輝課題組提出一種由于CsPbBr3和Cs4PbBr6的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變誘導(dǎo)的高效熒光鈣鈦礦納米晶，所制備的鈣鈦礦納米材料的熒光量子效率可達(dá)99%，并將這種高熒光量子產(chǎn)率的材料應(yīng)用于LED器件方面，該工作對(duì)于鈣鈦礦量子點(diǎn)在光電器件領(lǐng)域的應(yīng)用具有十分重要的意義。

該成果發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)的Journal of Materials Chemistry C 雜志上（J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 7548–7553），并被雜志選為首頁封面文章。該文章的第一作者是在讀博士研究生蘇瑩，通訊作者是曾慶輝和香港中文大學(xué)Xiaomeng Li。

全無機(jī)鈣鈦礦納米材料因其優(yōu)異的光學(xué)性能（如較高的熒光量子產(chǎn)率、激發(fā)譜線寬、較窄的熒光發(fā)射光譜、發(fā)射光譜可調(diào)等優(yōu)異的光學(xué)性能），在LED、激光器和太陽能電池等光電領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用研究。隨著全無機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)的快速發(fā)展，鈣鈦礦家族如Cs4PbBr6, Cs2PbBr4?以及CsPb2Br5等鈣鈦礦衍生物受到科研工作者越來越多的關(guān)注。

近幾年，研究主要集中在“非發(fā)光”的Cs4PbBr6納米晶和“發(fā)光”的CsPbBr3量子點(diǎn)的化學(xué)轉(zhuǎn)化方面。但迄今為止，這種轉(zhuǎn)化過程中存在的明顯熒光增強(qiáng)的作用及其背后的深層機(jī)制并未得到解釋。

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在ZnBr2誘導(dǎo)劑作用下CsPbBr3和Cs4PbBr6鈣鈦礦納米晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的示意圖

曾慶輝等科研人員通過添加ZnBr2作為誘導(dǎo)劑，實(shí)現(xiàn)了由CsPbBr3量子點(diǎn)向Cs4PbBr6納米晶轉(zhuǎn)化，并解釋了在這種轉(zhuǎn)化過程中存在的明顯的熒光增強(qiáng)作用（CsPbBr3量子點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率由58％提高到99％）及其背后的深層機(jī)制。同時(shí)，觀察到Cs4PbBr6納米晶的精準(zhǔn)的發(fā)光峰位置（336nm），解決了之前存在的爭(zhēng)議問題。

通過添加ZnBr2作為誘導(dǎo)劑的方法實(shí)現(xiàn)了從CsPbBr3量子點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?span style="font-size: 14px;">Cs4PbBr6納米晶，并且光致發(fā)光峰的位置保持在517nm而沒有太多偏差。在從CsPbBr3量子點(diǎn)到Cs4PbBr6納米晶的轉(zhuǎn)化過程中，剩余的CsPbBr3量子點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率仍然保持高達(dá)近99％，這是由于CsPbBr3量子點(diǎn)中發(fā)生的“適者生存”過程和非輻射躍遷減少的過程。

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不同比例ZnBr2誘導(dǎo)劑作用下CsPbBr3和Cs4PbBr6鈣鈦礦納米晶在自然光（a）和紫外燈照射下（b）的照片、熒光量子效率（c）和熒光壽命（e）；Cs4PbBr6鈣鈦礦納米晶的吸收以及熒光發(fā)射光譜（d）

有趣的是，當(dāng)將誘導(dǎo)劑含量增加至95％時(shí)，得到了近似單相的Cs4PbBr6納米晶結(jié)構(gòu)。通過監(jiān)測(cè)它的吸收和發(fā)射光譜，獲得了336 nm的發(fā)射峰，這與之前的公開發(fā)表的理論研究一致，從而表明Cs4PbBr6納米晶的精確發(fā)光峰位置。

進(jìn)一步直接闡明，先前在CsPbBr3和Cs4PbBr6共存的混合納米晶結(jié)構(gòu)中看到的綠色發(fā)射峰僅來自CsPbBr3量子點(diǎn)的發(fā)光而不是Cs4PbBr6納米晶。

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（a）鈣鈦礦量子點(diǎn)做成LED器件前后的熒光發(fā)射光譜和器件照片結(jié)果（b）LED器件的亮度和外量子效率結(jié)果

通過與香港中文大學(xué)的研究人員合作，基于優(yōu)化了的CsPbBr3高熒光量子點(diǎn)制備了綠光LED器件，其亮度的最大值高達(dá)1941.6 cd/m²，最大外量子效率（EQE）約為1.21％，這為未來獲得高效熒光CsPbBr3鈣鈦礦量子點(diǎn)和相應(yīng)的富有成效的光電器件開辟了新的途徑。