《Inorganic Chemistry Communications》：Enhancing the luminescence of CsPbBr
3 quantum dot glass through Na
2O induced depolymerization of the borosilicate glass network
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CsPbBr3量子点玻璃通过Na2O改性实现性能提升，其PL强度增30倍，PLQY从10%达60.7%，水稳定性保持95.3%。
徐玉鹏|段永民|顾凯毅|傅亚琴|张俊杰
中国吉利大学光电技术学院，杭州310018，中华人民共和国
摘要
所有无机量子点（CsPbX?，X = Cl, Br, I）嵌入玻璃中，在光电子应用方面展现出巨大潜力；然而，它们的光致发光（PL）性能仍有进一步提升的空间。在本研究中，通过熔融淬火法成功将CsPbBr?量子点沉淀在硼硅酸盐玻璃中，并引入Na?O作为改性剂。实验结果表明，添加Na?O使玻璃基体结构变得更加疏松，为量子点的生长提供了足够的空间。这种结构改性显著提升了材料的性能：CsPbBr?量子点玻璃的光致发光强度提高了30倍，光致发光量子产率（PLQY）从10%提高到了60.7%，提高了六倍。同时，该材料具有良好的水稳定性，在水中浸泡35天后仍保留了95.3%的初始光致发光强度。研究表明，用Na?O改性玻璃结构不仅改善了CsPbBr?量子点玻璃的发光性能，还保持了良好的耐水性，为量子点玻璃领域的进一步研究提供了重要参考。此外，良好的光致发光量子产率以及耐水性表明，这种经过Na?O改性的材料在白光发光二极管应用中具有潜力。
引言
铯铅卤化物量子点（CsPbX?，X = Cl, Br, I）结合了钙钛矿材料和量子点的特性，表现出良好的光电子性能，如窄发射光谱、高光致发光量子产率（PLQY）和可调发射波长。这些特性使它们成为太阳能电池、LED和激光器等应用中的有前景的材料[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]。然而，由于钙钛矿的离子晶体性质，它们在光照、高温和潮湿环境下稳定性较差[9]、[10]、[11]、[40]，导致发光效率和性能下降。为了解决这些问题，研究人员采用了多种策略，包括离子掺杂[12]、[13]、[24]、表面钝化和封装。其中，用透明无机氧化物（如玻璃）封装量子点因其简单工艺和良好效果而受到广泛关注。玻璃涂层有效地将量子点与外部环境隔离开来，同时保持高光致发光量子产率和透射率，从而显著提高了其稳定性。
将量子点嵌入刚性玻璃基体中不仅保留了它们的特征发光性能，还显著增强了材料对水、热和辐射的抵抗力，同时保持了其环保优势[15]、[16]、[17]、[18]。目前，量子点已通过原位成核方法被引入各种玻璃体系。然而，致密的玻璃网络显著限制了Cs?、Pb2?和卤化物离子（X?）的迁移和扩散，从而抑制了量子点的成核和晶体生长[19]、[20]、[21]。由于玻璃的三维网络结构直接决定了离子迁移能力，并进一步影响量子点的结晶过程和最终光学性能，因此调节玻璃网络结构被认为是促进钙钛矿量子点可控沉淀的有效策略。
先前的研究表明，各种成分可以改变玻璃网络并促进量子点的形成。例如，金的研究团队证明，通过降低成核的动能障碍，ZnO可以诱导CsPbBr?量子点在硼硅酸盐玻璃中的自发结晶[22]、[39]。王等人发现锂离子会在玻璃网络中引发聚集和相分离，从而促进CsPbBr?量子点的形成，得到具有高量子效率和良好稳定性的玻璃复合材料[23]、[40]。李的研究团队发现，来自NaF的Na?可以进入玻璃网络并部分破坏其结构，而F?由于其强电负性，会将Cs?和Pb2?吸引到结构松弛形成的空隙中，从而降低结晶活化能并促进量子点的沉淀[24]。相比之下，Na?O提供的氧离子（O2?）直接破坏了硅-氧（Si-O）网络，形成非桥接氧键，显著且不可逆地降低了玻璃网络的交联密度，使其结构变得更加疏松和开放。然而，关于Na?O调节玻璃网络结构的研究相对较少。
因此，在本研究中，通过引入Na?O优化了玻璃组成，CsPbBr?量子点玻璃的光致发光（PL）强度提高了约30倍，光致发光量子产率（PLQY）从10%提高到60.7%，提高了六倍以上。此外，样品在水中浸泡35天后仍保留了95.3%的初始发光强度，表现出良好的水稳定性。这种方法不仅提高了量子点的稳定性，还显著提升了它们的荧光效率。另外，使用硼硅酸盐玻璃作为基体进一步增强了材料的化学稳定性和耐水性，为其实际应用提供了更可靠的基础。
CsPbBr?量子点玻璃的制备
本研究中使用的基体玻璃是一种硼硅酸盐体系，其名义组成为80(SiO?-B?O?-ZnO)–20(Cs?CO?-PbBr?-NaBr)-XNa?O（其中X = 0, 2, 4, 8, 10 mol%）。首先称量起始材料并充分研磨以确保均匀性。然后将混合好的样品在1200°C下熔化15分钟，随后在350°C的预热铜板上淬火。浇铸后，玻璃在350°C下退火3小时以消除内部应力。
结果与讨论
图1(a)显示了不同Na?O掺杂浓度样品的XRD图谱。所有样品在宽的衍射范围内都显示出非晶态的漫射晕圈，同时在21.62°、31.67°、37.9°和43.9°处观察到四个明显的衍射峰。这些衍射峰对应于标准立方相CsPbBr?的(110)、(200)、(211)和(220)晶面（PDF#18–0364）。随着Na?O掺杂浓度的增加，这些衍射峰的强度
结论
总之，CsPbBr?量子点成功沉淀在硼硅酸盐玻璃基体中。随着Na?O含量的增加，CsPbBr?量子点玻璃的光致发光强度提高了30倍，光致发光量子产率从10%提高到了60.7%。FTIR和拉曼光谱结果表明，Na?O的引入导致[BO?]/[SiO?]四面体的含量减少，[BO?]三角单元的含量增加。这种变化有利于
CRediT作者贡献声明
徐玉鹏：撰写 – 原稿撰写，验证。
段永民：指导。
顾凯毅：软件处理。
傅亚琴：方法论设计。
张俊杰：撰写 – 审稿与编辑，资金申请。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了中国吉利大学学生科技创新专项项目（2024YM101）的财政支持。
徐玉鹏是中国吉利大学的研究生。他于2023年获得苏州工业技术学院的学士学位。他目前的研究兴趣包括钙钛矿量子点玻璃和液晶显示器件。
