多孔分子筛——提高钙钛矿量子点稳定性的新思路

随着科学技术的日益发展,人们对于高品质显示材料的需求与日俱增。近年来,全无机钙钛矿量子点异军突起,由于其发光可在整个可见光范围内可调、具有高量子效率和窄带发射等优异的特性,成为发光材料领域极具潜力的新秀,引起了广泛的关注和研究。但此类量子点也存在一些问题,例如稳定性欠佳,发光容易受到光、热和湿度等因素影响,不同组分量子点间会发生离子交换而导致发射峰移动等,这些因素很大程度上阻碍了其作为显示材料在实际中的应用。

最近,华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室张勤远教授团队的叶柿教授等人设计了一种新的合成方法,将钙钛矿量子点复合到具有规则多孔结构的分子筛材料内部,进而提高钙钛矿量子点的发光稳定性。这种方法分两步:首先通过离子交换反应将Cs+交换进入Y型分子筛孔道中,而后将溶解有PbX2的有机溶液与离子交换后的分子筛进行反应。这种方法避免了同时交换或分歩交换多种离子时存在的严重的阳离子间排斥作用,使得Cs+、Pb2+和卤素离子都能有效地进入分子筛孔道,进而原位地生成钙钛矿量子点。这种复合材料的发光在400~600 nm可见光范围内可调,发射峰宽约为14~39 nm。分子筛中规则的孔道和骨架结构为钙钛矿材料提供很好的保护,使其具有更优异的稳定性。以CsPbBr3量子点为例,在约60℃时纯量子点发光强度降低到室温强度的50%,而对于CsPbBr3-Y复合材料其发光强度降到50%时温度可达到110℃。同时,在分子筛骨架结构的保护作用下,含I组分量子点由于分解而引起的发光峰随时间蓝移的现象也明显减缓。该复合材料用于封装白光LED器件时,器件具有很宽的色域,覆盖了NTSC标准色域的114%、 Rec.2020标准色域的85%。此复合材料还能有效地避免器件封装后不同卤素成分量子点间的离子交换,也可减缓器件工作时光照和热效应对钙钛矿量子点发光性能的衰减影响,使器件具有更高的稳定性。

本研究不仅为提高钙钛矿量子点的稳定性提供了一种新思路,也为制备分子筛复合多元组分量子点提供了一种新方法。相关论文已在线发表于Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201704371)上。