Chem. Mater.┃室温合成可打印的稳定Cs3Cu2X5 (X=I, Br/I, Br, Br/ Cl, Cl)纳米晶体

英文原题: Room Temperature Synthesis of Stable, Printable Cs₃Cu₂X₅ (X=I, Br/I, Br, Br/ Cl, Cl) Colloidal Nanocrystals with Near Unity Quantum Yield Green Emitters (X=Cl)

通讯作者：Jonathan E. Halpert, 香港科技大学

作者：Yanyan Li, Parth Vashishtha, Zhicong Zhou, Zhi Li, Sunil B. Shivarudraiah, Chao Ma, Junkai Liu, Kam Sing Wong, Haibin Su, Jonathan E. Halpert

全无机卤化铯铅钙钛矿CsPbX₃（X = Cl，Br，I）纳米晶体由于其具有高光致发光量子产率、光学带隙可调节、合成过程简单等优异的性能在光电和光伏应用中受到了广泛关注。但是，铅的毒性限制了其大规模的商业应用前景。为了解决该问题，许多学者尝试合成具有相似性质的无铅金属卤化物纳米晶体。

近日，香港科技大学Jonathan E. Halpert教授课题组首次在室温下合成了量子产率接近100 %可用于喷墨打印的Cs₃Cu₂Cl₅ 纳米晶体，并且通过相同的方法合成了一系列铜基全无机纳米晶体Cs₃Cu₂X₅（X = Cl，Br，I）和CsCu₂I₃。合成的 Cs₃Cu₂X₅ 纳米晶体的PL发射波长可以通过卤化物成分以及比例来控制，可覆盖443-521 nm的发光波长范围。由于CsCu₂I₃ 纳米晶体能够发射明亮的黄光，因此可以通过调整与蓝光Cs₃Cu₂Br₅和绿光Cs₃Cu₂Cl₅的比例来实现白光，比如当Cs₃Cu₂Cl₅、Cs₃Cu₂Br₅和CsCu₂I₃的比例为2：7：5时，来实现白光的发射，这表明了此类铜基纳米晶体用于照明的优质潜力。最值得注意的是，具有油酸包覆的Cs₃Cu₂Cl₅ 纳米晶体在521 nm处显示绿光发光，且PLQY接近100 %，并且寿命长达110 µs。同时，实验表明可以通过提高反应温度来生产具有更高相纯度的Cs₃Cu₂Cl₅ 纳米晶体，并且胶体溶液在经过多次纯化步骤后足够稳定。Cs₃Cu₂Cl₅ 纳米晶体胶体溶液与聚合物溶液混合形成的油墨能应用于喷墨打印并且发出明亮的绿光，而且在没有额外封装的情况下在空气中的稳定性超过24小时。本文的研究工作有力地推动了无铅钙钛矿纳米晶体在照明，显示和其他基于荧光方面的实际应用。

图1.  (a) Cs₃Cu₂Cl₅ 纳米晶体的晶体结构；(b) Cs₃Cu₂Cl₅ 纳米晶体XRD图谱；(c) Cs₃Cu₂Br₅, Cs₃Cu₂I₅ 和 CsCu₂I₃ 纳米晶体XRD图谱。

图2. (a) Cs₃Cu₂X₅ (X = Cl, Br, I) 和 CsCu₂I₃ 纳米晶体的紫外-可见光吸收光谱和光致发光光谱；(b) Cs₃Cu₂X₅ (X = Cl, Br, I) 和 CsCu₂I₃ 纳米晶体胶体溶液在254 nm 激发下发光；(c) Cs₃Cu₂X₅ (X = Cl, Br, I) 和 CsCu₂I₃ 纳米晶体TR-PL图谱。

图3. (a) Cs₃Cu₂X₅ 和 CsCu₂I₃ 纳米晶体CIE色坐标；(b) Cs₃Cu₂Br₅, Cs₃Cu₂Cl₅ 和 CsCu₂I₃ 纳米晶体混合实现白光的相关色温坐标；喷墨打印Cs₃Cu₂Cl₅ 纳米晶体，(c) 在白光下的照片 (d) 在254 nm 紫外光下的照片；喷墨打印后的稳定性，(e) 0小时，(f) 12小时， (g) 24小时。

这一成果近期发表在Chemistry of Materials 上，香港科技大学博士研究生李艳艳为文章的第一作者，Jonathan E. Halpert教授为通讯作者。

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Room Temperature Synthesis of Stable, Printable Cs₃Cu₂X₅ (X=I, Br/I, Br, Br/ Cl, Cl) Colloidal Nanocrystals with Near Unity Quantum Yield Green Emitters (X=Cl)

Yanyan Li, Parth Vashishtha, Zhicong Zhou, Zhi Li, Sunil B. Shivarudraiah, Chao Ma, Junkai Liu, Kam Sing Wong, Haibin Su, Jonathan E. Halpert

Chem. Mater., 2020, DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c00280

Publication Date: June 9, 2020

Copyright © 2020 American Chemical Society

（本稿件来自ACS Publications）