Advanced Materials:通过缺陷态工程设计的高效发光卤化物四重钙钛矿纳米晶体,用于高灵敏度光电探测器

全无机CsPbX3(X = Cl,Br,I)型钙钛矿纳米晶体已在光电子器件领域中得到了广泛研究。由于铅的高毒性,人们一直在寻找铅的替代元素。非铅卤化钙钛矿型纳米晶因其低毒性,高稳定性和化学多样性而受到越来越多的关注。韩克利教授团队前期已开发一系列A3M’2X9 (Angew. Chem. Int. Edit. 2017), A2MM’X6 (J. Am. Chem. Soc. 2018; Angew. Chem. Int. Edit. 2018;Angew. Chem. Int. Edit. 2018; Angew. Chem. Int. Edit. 2019; Sci. China Chem. 2019; Sci. Bull. 2020; ACS Cent. Sci. 2020; J. Phys. Chem. Lett. 2020)和A2BX6 (Angew. Chem. Int. Edit. 2020) 型非铅钙钛矿纳米晶并揭示其发光动力学机理。然而,基于这些非铅钙钛矿型纳米晶的光电子器件研究进展有限。因此,通过揭示新型非铅钙钛矿纳米晶的载流子动力学,并依此将其有效地应用在光电子器件领域方面具有重要意义。

该团队首次报道了一系列空位有序的四重钙钛矿型胶体纳米晶。通过对Cs4MnBi2Cl12 纳米晶合金化,可将其荧光量子产率提高近100倍。载流子超快动力学研究发现,在四重钙钛矿纳米晶Cs4MnBi2Cl12中,自由激子迅速自捕获为“自陷激子”,进而发生自陷激子辅助的给体-受体(Mn2+)能量转移过程。合金化可以消除与能量转移相互竞争的超快缺陷态捕获过程,并可提升纳米晶的结晶度,进而大幅度提升发光效率。基于合金化的四重钙钛矿纳米晶具有结晶度高、载流子寿命长等特性,团队成员制备了基于该纳米晶的光电探测器,该探测器具有超高响应度(0.98×104 A/W)。该灵敏度远高于以往报道的基于非铅钙钛矿纳米晶的光电探测器。该工作表明,四重钙钛矿型纳米晶为光电应用开辟了新的可能性。相关论文发表在《先进材料》(Adv. Mater.)上(DOI:10.1002/adma.202007215)。