关于N?和O?制备气氛对0D/2D蓝色钙钛矿量子点异质结构发光性能和稳定性的影响的研究

《Optical Materials》：Study on the Effect of N 2 and O 2 Preparation Atmospheres on the Luminescence Performance and Stability of 0D/2D Blue Perovskite Quantum Dot Heterostructures

低维钙钛矿异质结构通过配体辅助再沉淀法在常温大气环境下成功构建，形成0D MAPbBr3量子点/2D CsPb(Br_xCl_3-x)异质结，其晶体结构和发光性能优于氮气环境制备的样品。

　　

王佩文|何玲|侯贤|董启政|张振鹏|李文胜|卜玲娜|史亚刚|马凤刚

兰州工业大学材料科学与工程学院，中国甘肃省兰州市730050

摘要

低维钙钛矿异质结构具有多种优势，包括良好的可设计性、高稳定性和优化的界面效应，使其成为下一代光电子材料的理想候选材料。在本研究中，选择Cs₂AgInCl₆作为Cs和Cl的来源，并采用配体辅助沉淀法在MAPbBr₃量子点的表面进行重新成核，成功在常温条件下构建了0D/2D MAPbBr₃/CsPb(Br_xCl_3-x)异质结构。通过对相结构、形貌和光学性质的表征，确认了该异质结构的成功制备；高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）下观察到了明显的摩尔条纹。对比不同制备条件下的样品发现，在常温条件下制备的MAPbBr₃/CsPb(Br_xCl_3-x)异质结构具有更稳定的晶体结构和更优异的发光性能。这些结果表明，该异质结构更适合在常温环境下制备，进一步简化了合成工艺，为未来的商业化应用奠定了基础。

引言

有机-无机钙钛矿量子点具有高色纯度、宽色域、高光致发光量子产率（PLQY）和优异的载流子迁移率[1]，[2]，使其在发光二极管（LED）[3]、[4]、光电探测器[5]、[6]和太阳能电池[7] [8]等光电子器件中具有广泛的应用前景。目前，大多数钙钛矿材料的环境稳定性有待进一步提高，而含铅钙钛矿的毒性限制了其大规模商业化[9]、[10]、[11]、[12]。近年来，构建钙钛矿/钙钛矿异质结构（PPHS）被认为是克服单组分钙钛矿材料挑战的有效策略，为开发稳定、高性能的光电子钙钛矿器件提供了途径[13]。

当前的研究主要集中在3D/3D、2D/3D[14]、1D/3D、0D/3D和2D/2D材料组成的异质结构上，其中许多研究集中在全无机钙钛矿体系。例如，李等人利用Cs₄PbBr₆和聚合物基质对CsPbBr₃纳米晶体进行双重保护，合成了高度稳定的0D/3D Cs₄PbBr₆/CsPbBr₃复合纳米晶体[16]。因此，有机-无机钙钛矿异质结构的研究具有重要的科学价值。2020年，张等人首次将有机-无机钙钛矿材料与全无机钙钛矿纳米片结合，制备出绿色发光的核心/壳层FAPbBr₃/CsPbBr₃纳米晶体，为有机-无机钙钛矿异质结构的发展提供了新的策略[17]。然而，含铅钙钛矿的固有毒性仍对研究工作构成挑战。杨等人首次报道了一种由二维铅基钙钛矿和无铅钙钛矿（(R)₂PbX₄-(R)₄M_IM_ⅢX₈）组成的核壳异质结构，该结构通过两步溶液法制备，为将钙钛矿材料与无铅钙钛矿结合奠定了基础，从而实现了降低铅毒性的异质结构设计[18]。

低维PPHSs展现出显著的优势，如层间耦合减弱、界面态灵活性提高以及带结构可调，为未来的发展提供了巨大潜力[19]。因此，开发更低维度的PPHSs（如1D/1D、0D/1D、0D/2D和1D/2D体系）被认为是提高钙钛矿基光电子器件空气稳定性的有效策略[13]。在本研究中，无铅双钙钛矿完全溶解在DMF中，并在MAPbBr₃量子点的表面重新成核，构建了0D/2D MAPbBr₃/CsPb(Br_xCl_3-x)异质结（PPHS）。通过比较在氮气和常温条件下制备的PPHSs，研究了制备环境对异质结电子结构和光致发光性能的影响。结果表明，在常温条件下制备的PPHS在室温下表现出更优异的光致发光性能，从而简化了制备过程并降低了生产成本。这项工作为开发低维、环保的钙钛矿异质结构提供了有前景的策略。

材料

溴化甲基铵（CH₃NH₃Br，99.5%）购自西安巴斯阳光科技有限公司；溴化铅（PbBr₂，99%）、氯化铯（CsCl，99.5%）、氯化铟（InCl₃，99.99%）、氯化银（AgCl，99.5%）、2-甲基咪唑（Melm，98%）、油酸（OA，AR）、正辛胺（99%）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF，AR）和甲苯（Tol，AR）均购自上海麦克林生化有限公司；盐酸（HCl，AR）购自白银良友化学试剂有限公司。

PPHS的结构表征

图2a显示，样品的特征衍射峰与立方钙钛矿相（CsPbBr₃：PDF#84-0464和MAPbBr₃：PDF#97-025-2415）的衍射峰相匹配，表明在DMF中溶解过程中Cs₂AgInCl₆的晶体结构被破坏。在MAPbBr₃的诱导下发生重结晶，形成了CsPb(Br_xCl_3-x。此外，根据阴离子交换原理，XRD衍射峰表明...

结论

本研究通过简单的配体辅助沉淀法成功设计并制备了一种低铅毒性的蓝光发光0D/2D钙钛矿量子点/纳米晶体异质结构。在反应过程中，Cs₂AgInCl₆完全溶解在DMF中，其晶体结构被破坏，随后作为Cs和Cl的来源与MAPbBr₃量子点中的自由Pb²⁺离子反应，在其表面重新成核。

CRediT作者贡献声明

马凤刚：验证。 史亚刚：验证。 卜玲娜：验证。 董启政：资源提供。 侯贤：数据可视化。 李文胜：验证。 张振鹏：验证。 何玲：撰写 – 审稿与编辑、监督、方法学、资金获取、概念构思。 王佩文：撰写 – 初稿撰写、实验研究、数据分析、数据管理

利益冲突声明

本手稿的提交不存在利益冲突，所有作者及出版负责人均已批准该手稿的发表。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中央地方科技发展引导基金（项目编号：23ZYQD311）的支持。