西安交大科研人員在鈣鈦礦量子點LED領域取得進展

　　鹵(lu)化(hua)鉛鈣鈦礦(kuang)(kuang)量子(zi)點(QDs)，這一新型(xing)半(ban)導(dao)體(ti)材料界(jie)的(de)璀璨明星，憑(ping)借其(qi)卓越的(de)光致發(fa)光量子(zi)產(chan)率(lv)(PLQY)、優異(yi)的(de)色純度、寬廣(guang)的(de)色域調節能(neng)力以及出(chu)色的(de)溶液加工(gong)性(xing)(xing)，正在(zai)薄(bo)膜光電(dian)器件領域大放異(yi)彩。在(zai)鈣鈦礦(kuang)(kuang)QDs的(de)研究(jiu)與(yu)應(ying)用中，表面配體(ti)對(dui)于(yu)QDs的(de)PLQY、穩定性(xing)(xing)和載流子(zi)傳輸(shu)性(xing)(xing)能(neng)起著至關重要的(de)作用。

　　因此，在(zai)開發(fa)(fa)高(gao)性(xing)(xing)能(neng)鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)(kuang)(kuang)QDs和(he)制備高(gao)效(xiao)的量子點發(fa)(fa)光(guang)(guang)二極管(QLEDs)的過(guo)程中，合理(li)地選(xuan)擇和(he)搭(da)配(pei)表面配(pei)體尤為(wei)關鍵。由(you)于鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)(kuang)(kuang)QDs具有較大的比(bi)表面積，表面缺陷的存在(zai)會(hui)顯著影響鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)(kuang)(kuang)QDs的光(guang)(guang)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)。因此，通常(chang)需要(yao)使用過(guo)量的有機配(pei)體來有效(xiao)鈍(dun)化QDs表面缺陷。然(ran)而，有機配(pei)體的絕緣性(xing)(xing)質，會(hui)嚴重限制鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)(kuang)(kuang)QDs在(zai)后續光(guang)(guang)電器件(jian)中載流子的注入和(he)傳輸(shu)效(xiao)率(lv)。

　　針對(dui)以(yi)上問題，在前期(qi)采用多功能(neng)(neng)短(duan)鏈噻(sai)吩烷基溴(xiu)化(hua)銨配(pei)體改善(shan)鈣鈦礦量子(zi)點(dian)發光二極管器(qi)件(jian)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)基礎(chu)上(ACS Applied Materials & Interfaces2023, 15(33), 40080-40087)，吳朝新教授團隊利用共(gong)軛(e)有機配(pei)體的(de)(de)優(you)勢，包括其(qi)(qi)離域的(de)(de)π電(dian)子(zi)、剛性(xing)的(de)(de)分(fen)子(zi)骨架以(yi)及優(you)異的(de)(de)電(dian)導(dao)性(xing)。設計合成了一系列(lie)含有不(bu)同(tong)電(dian)子(zi)性(xing)質取代基的(de)(de)共(gong)軛(e)配(pei)體，(E)-3-(4-取代苯基)丙基-2-烯-1-胺(an)氫溴(xiu)酸鹽衍生物(wu)(PPABr、4-CH3PPABr和(he)4-F PPABr)，并(bing)將其(qi)(qi)用作(zuo)后交換配(pei)體，調節(jie)鈣鈦礦QDs的(de)(de)載流(liu)子(zi)注入和(he)傳輸。

　　結合理論(lun)計算和(he)實(shi)驗研究，發(fa)現(xian)這類共(gong)軛配體具有(you)沿著整個分(fen)子骨架(jia)更(geng)分(fen)散的(de)電子云分(fen)布(bu)，將其(qi)引(yin)入(ru)到CsPbBr3QDs中，能夠顯著改善鈣鈦礦QDs薄膜的(de)載流子傳(chuan)(chuan)輸。其(qi)中，含給電子性質取(qu)代(dai)基的(de)4-CH3PPABr有(you)效地促進了空穴(xue)的(de)傳(chuan)(chuan)輸，而帶有(you)吸電子性質取(qu)代(dai)基的(de)4-F PPABr則更(geng)有(you)助于電子的(de)傳(chuan)(chuan)輸。

　　最終(zhong)，基(ji)于4-CH3PPABr的最優綠光QLED實(shi)現了18.67%的最大外量(liang)子效率(EQE)。通過結(jie)合高(gao)折(zhe)射率襯底(di)和高(gao)折(zhe)射率透鏡，其最大EQE進一步(bu)提(ti)升至23.88%。這(zhe)項工作為通過配體設計實(shi)現QLED中(zhong)載(zai)流(liu)子傳輸平衡提(ti)供了新的思路。

　　該工(gong)作以(yi)“通(tong)過功能性短鏈共軛配體(ti)增強載流子傳輸(shu)實現高(gao)效綠光(guang)鈣鈦礦量(liang)子點(dian)發(fa)光(guang)二極管”(Boosting carrier transport via functionalized short-chain conjugated ligands enables efficient green perovskite quantum dot light-emitting diodes)為題，近期發(fa)表于國際(ji)頂級期刊《化學工(gong)程(cheng)雜志》(Chemical Engineering Journal2024, 501, 157596;影響因(yin)子13.3)。

　　第一(yi)(yi)作(zuo)者(zhe)(zhe)為(wei)課題組博士生趙晨靜，共同(tong)一(yi)(yi)作(zuo)為(wei)朱春蓉講師，袁(yuan)方副教授和(he)吳朝新教授為(wei)共同(tong)通(tong)訊作(zuo)者(zhe)(zhe)。西安交通(tong)大學為(wei)第一(yi)(yi)作(zuo)者(zhe)(zhe)單位和(he)唯一(yi)(yi)通(tong)訊作(zuo)者(zhe)(zhe)單位。此外，澳門大學王雙鵬教授也參與了該項研究。

　　該工作得到科技部政府間國際科技創新合作重點專項、自然科學基金委面上項目、博士后面上項目、省重點研發計劃等項目的支持，論文的表征及測試得到了西安交通大學分析測試共享中心的支持。吳朝新教授團隊長期研究新型功能材料的“光-電”與“電-光”物理機制及其器件應用如發光二極管、太陽能電池、光電探測器。