综述：无铅卤化物钙钛矿型纳米晶结构开发和发光能力调节研究进展

当前，卤化物钙钛矿材料已迅速上升为一个值得广泛深入研究的学术热点。毫无疑问，它们是一类在光电子领域具有巨大应用和商业价值的半导体。这类材料具有直接可调的带隙、高的电子/空穴迁移率、强的光吸收系数、高的缺陷容限以及低的非辐射复合率等诸多优点。它们的制备也非常容易，并且与室温沉积工艺相兼容。然而，铅（铅及其离子）的毒性和较差的抗湿稳定性，限制了这类材料的大规模生产和商业化。有鉴于此，厦门大学电子科学与技术学院电磁声学研究院的朱锦锋教授团队近日联合中国科学技术大学、深圳大学、沙特国王大学和希腊约阿尼纳大学的学者在工程技术领域权威国际期刊Chemical Engineering Journal上发表题为Development of Structure and Tuning Ability of the Luminescence of Lead-free Halide Perovskite Nanocrystals (NCs) 的综述文章，主要对无铅卤化物钙钛矿型纳米晶的结构开发和光致发光调节能力进行了综述。这篇综述论文的第一作者是厦门大学团队的博士后Sayed Ali Khan博士，通讯作者是朱锦锋教授。

综述简介

目前，影响卤化物钙钛矿型纳米晶商业化最关键的问题是其在湿度、温度、氧气和光照等环境条件下的稳定性差。例如，为了满足当前照明技术的需要，保持卤化物钙钛矿纳米晶的胶体稳定性是一个重要的研究议题，它涉及到普通配体与粒子表面的弱结合。深入了解卤化物钙钛矿纳米晶的结构化学和降解机理是提高其稳定性的关键。

      文章首先从晶体化学的相关原理入手，介绍了钙钛矿型纳米晶矿物原型的开发进展及由此产生的多种不含Pb2+的钙钛矿型化合物。接下来，叙述了通过掺杂Bi3+、Mn2+、Eu3+等稀土和过渡金属离子实现具有本征发射和非本征发射的宽调谐无Pb2+钙钛矿纳米晶的开发进展，论证了能量转移机制对激子发射和调谐能力的增强。与此同时，预测了一些新的无Pb2+双钙钛矿化合物及其光学特性，这些化合物在纳米尺度上的发展将在各个应用领域开辟新的研究方向。最后，文章讨论了无铅卤化物钙钛矿型纳米晶的局限性及其在制备高效白光发光器件方面所面临的挑战。同时，展望了一种新的材料设计和开发模式，并从三个方面对钙钛矿型化合物的开发做了阐述：一、采用基于各种阳离子和阴离子取代、晶位工程化和相变的固溶体方法发现新的低维钙钛矿型化合物，这需要对相关无机材料的各种固有特性有很强的理论和实验知识。二、开发出结构稳定性高，吸收光谱、激发光谱和发射光谱在所需光谱范围内合适，量子效率高，色纯度在较大温度范围内（25-150℃）高的无毒环保材料是当前面临的巨大挑战。三、 LED器件的制造意味着多种彩色发光材料的结合，毫无疑问，这种不可避免的复杂化增加了LED器件的生产成本。另一方面，现有的单相全色发光材料吸收能力弱，能量传输效率低。由器件的复杂性导致的成本增加和发光效率低都是必须要面对的难题，这有可能通过纳米晶的方法来解决。

图文速览

附图：（a）典型CsPbBr3卤化物钙钛矿的模型晶体结构和相变，通过阳离子位置上的各种晶体学取代，形成Cs3Sb2Br9和Cs3Sb2Br9的新相，（b）对新制备、储存15天和30天的样品测量FA3Bi2Br9 QDs 的光致发光强度（插图显示365 nm紫外光照射下的相应照片），比较了FA3Bi2Br9 钙钛矿量子点和FA3Bi2Br9\PS复合材料的PLQYs（插图显示了365 nm紫外光照射下的FA3Bi2Br9\PS复合材料的照片）（c）晶体结构、带隙以及各种双钙钛矿原型的DOS计算。

文章链接

https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127603