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第一作者：Zheming Liu

通訊作者：Liberato Manna，Luca De Trizio

通訊單位：意大利技術研究院

研究背景

基于鹵化鉛鈣鈦礦納米晶體具有優質光學性能，使其在光電器件中備受關注。但對于此類材料的最佳光學性能的開發，主要受到材料穩定性低的阻礙。

成果簡介

近日，意大利技術研究院Luca De Trizio & Liberato Manna團隊報道了通過熔融鹽合成制備的100nm尺寸的CsPbBr₃/m-SiO₂復合材料作為LCD 顯示設備的最佳綠色熒光粉的研究成果。該工作研發了一種新型熔融鹽法，即將CsPbBr₃納米晶體（連同KNO₃、NaNO₃和KBr無機鹽）封裝在不同的納米級介孔SiO₂主體基質中，其尺寸可在100-300 nm之間甚至幾個微米以上進行精確控制。該項工作發現，熔融鹽法不僅可以將CsPbBr₃納米晶封裝在SiO₂中與外界隔離，實現耐水耐酸超高穩定性，同時熔鹽可以實現CsPbBr₃納米晶的耐高光輻射及耐高熱穩定性。

圖1. 介孔m-SiO₂和CsPbBr₃/m-SiO₂復合材料的結構和光學性質。a-d) m-SiO₂的TEM圖像，e-d)對應 CsPbBr₃/m-SiO₂的TEM圖像。i) 100nm CsPbBr₃/m-SiO₂_C1的 HAAD-STEM圖像和對應的EDX圖像。j) XRD圖譜。k) PL光譜。I) 100nm CsPbBr₃/m-SiO₂_C1浸沒在王水中一年后，在可見光和紫外光的照片。m) PLQY曲線。

作者通過對不同納米級尺寸的CsPbBr₃/m-SiO₂ 復合材料的光學性能和穩定性之間的比較（包括先前報道的≥600nm尺寸的CsPbBr₃/m-SiO₂ 和標準CsPbBr₃納米晶），結果表明 100nm尺寸的CsPbBr₃/m-SiO₂顆粒表現出綠色（峰值在517 nm）窄光致發光（半峰寬為18 nm）、具有高量子產率（77%）。經過穩定性分析，100nm尺寸的CsPbBr₃/m-SiO₂ 復合材料在商業化高光、高溫、高濕的加速老化測試條件下表現出最佳的穩定性，甚至在浸沒在王水中可穩定長達1年。這些特性使這些復合顆粒可以成為下轉換液晶顯示器(LCD)的最佳綠色熒光粉。

圖2.加載不同類型的CsPbBr₃/m-SiO₂的聚合物薄膜在商業化加速老化條件下的穩定性測試。a) 高光測試。b) 高熱測試。c) 高濕測試。

基于納米級小尺寸的優勢，將100nm的CsPbBr₃/m-SiO₂作為綠色發光薄膜，可以制備大尺寸超博均勻的薄膜，并實現了在液晶顯示屏（LCD）上的工作。作者采用一個7英寸的LCD顯示屏作為概念器件（其中綠色轉換層是負載有100 nm尺寸CsPbBr₃/m-SiO₂顆粒的聚合物薄膜），器件表現出最佳的白光發射（CIE顏色坐標為（0.3067，0.3271），相關色溫為6861 K，接近于參考白點NTSC），覆蓋CIE1931 92%的NTSC標準色域區域，明顯高于參考商用液晶顯示器（戴爾XPS 15 7590筆記本電腦）。

圖3. 加載100nm尺寸與≥600nm 尺寸的CsPbBr₃/m-SiO₂的聚合物薄膜的性質。a，b)光學顯微鏡圖像。c，d）CIE1931譜圖。e，f）白光器件光譜。

圖4. a）7英寸的100nm尺寸的CsPbBr₃/m-SiO₂的聚合物薄膜。b）LCD模型示意圖。c) 100nm尺寸的CsPbBr₃/m-SiO₂復合物的LCD器件。d）CIE1931譜圖。

參考文獻：

Zheming Liu, Lutfan Sinatra, Marat Lutfullin, Yurii P. Ivanov, Giorgio Divitini ,Luca De Trizio, Liberato Manna， One Hundred-Nanometer-Sized CsPbBr₃/m-SiO₂ Composites Prepared via Molten-Salts Synthesis are Optimal Green Phosphors for LCD Display Devices, Adv. Energy Mater. 2022.

DOI: 10.1002/aenm.202201948

https://doi.org/10.1002/aenm.202201948