Small:钙钛矿量子点的动态钝化用于室温特异性氨气检测

无机钙钛矿量子点(QDs)(CsPbX3,X = Cl,Br或I)在过去的几年中由于其能带可调、发光波长覆盖整个可见光谱、高荧光量子效率、高载流子迁移率等优点而引起了人们的极大兴趣。这些性能使之在太阳能电池、光电探测器、发光二极管、激光、传感等领域表现出极大的潜力,研究钙钛矿量子点的光电性质、提升其光电性能、发掘其新应用是目前主要的研究方向。

量子点薄膜具有高比表面积,光学性质强烈依赖于其表面特性,当目标检测物和量子点表面发生相互作用会导致其光学性质的变化,因此可用于传感领域。氨气是一种强烈刺激性气体,在日常生活和工业生产中广泛存在,因此开发对低浓度氨气的检测具有重要意义。然而,传统基于金属氧化物的氨气传感器工作温度高达上百度,给实际应用带来了困难。荧光传感器由于较高的灵敏度其低温度依赖性受到研究人员的青睐。但目前大多数基于荧光强度变化的氨气传感器都为荧光猝灭型传感器,由于传感器具有比较复杂的工作环境,其他气体也会对其产生影响造成荧光的减弱,从而对传感器的选择性和灵敏度产生影响。

针对以上问题,董庆锋课题组利用经过缺陷设计的钙钛矿量子点构建了在室温下可以稳定工作的荧光增强型氨气气体传感器。在这项工作中,研究人员发现氨气可以显著提高钙钛矿量子点(CsPbBr3 QDs)的光致发光(PL),有效钝化纯化过程中引入的表面缺陷,抑制钙钛矿量子点中的非辐射复合成分,并且该过程在钙钛矿量子点薄膜中是可逆的。研究人员巧妙的利用了氨气对钙钛矿量子点薄膜的动态钝化作用,将其应用在氨气传感器领域。相比于其他气体对传感器造成的荧光猝灭效应,氨气对该量子点薄膜传感器有明显的荧光增强效应,因此其对氨气的选择性很强。该传感器的检测线性范围为25至350 ppm,检测限(LOD)低至8.85 ppm。同时,该传感器有很快的响应和恢复时间,响应时间约为10 s,恢复时间约为30 s。完全可逆,高灵敏度和选择性的特性使CsPbBr3 QDs成为室温氨气检测的理想材料。

相关论文在线发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201904462)上。