基于等效配体的钙钛矿量子点提纯稳定性提升研究

Inorganic halide perovskite quantum dots (QDs) with advantages of high quantum yield and narrow emission possess great potentials in wide color gamut and high-definition displays. However, the poor purification stability resulted from highly dynamic surface inhibits the improvement of performance and stability of QD light-emitting diodes (LEDs) severely. In this proposal, we propose a concept of equivalent ligand to seek for ligands which can both passivate surface defects and bind to surface firmly. We first try to understand the effect of sulfonate groups on the electronic structure of perovskite with theoretical simulation. Then specific fabrication method will be developed and modified. We will also devote to studying the interaction motif and strength, the influences on recombination dynamics, passivation effect, and diffusion coefficient of these ligands. Moreover, detailed optical and crystalline properties after different purification times will be studied. Finally, LEDs with higher performance and stability will be fabricated and core-shell structures will also be constructed. We believe these works will build a solid base for the improvement of performance and stability of perovskite QLEDs.

无机钙钛矿量子点具有高荧光量子效率、窄发光半高宽等优势，在广色域高清显示领域极具潜力。然而“高度动态的表面结合”导致的低提纯稳定性严重制约了LED器件效率和稳定性的提升。本项目提出等效配体的概念，期望发展全新的配体方案，以解决钙钛矿量子点高度动态配体结合所导致的提纯等稳定性问题。主要包括：从第一性原理计算出发，考察苯磺酸类配体对钙钛矿电子结构的影响以及和量子点表面的相互作用强弱；发展并优化基于苯磺酸类配体的合成方案，深入探讨该类配体对钙钛矿量子点形核生长热动力学的影响规律、分子扩散动力学等情况，揭示配体和量子点表面的配位方式及结合强弱；研究不同提纯次数下量子点的光谱特征、量子效率、激子复合动力学情况以及晶体、形貌参数等；优化器件的制备方案，实现更高效率的LED器件；探索钙钛矿量子点多功能核-壳结构的构筑与应用。本项目的研究有望实现钙钛矿量子点提纯稳定性的提高，为钙钛矿量子点的应用提供基础。

本项目旨在针对无机卤素钙钛矿量子点的“高度动态表面结合”导致的提纯、加工、工作等稳定性问题，提出等效配体的概念，以发展新的配体体系，构建强键合表面来解决钙钛矿量子点的稳定性问题，为实际应用奠定理论基础。本项目执行期间，发展了以十二烷基苯磺酸为基础的等效配体体系，发展了基于该配体的普适的合成方法；揭示了该合成方法下CsPbBr3量子点的形核生长热动力过程，克服了混合卤素蓝光量子点中离子迁移诱导的光谱漂移问题；实现了基于等效配体与量子点表面配位竞争的各向异性生长和单分散尺寸合成，在组装的钙钛矿量子点薄膜中获得了0.58的发光偏振度，为紫外偏振增强成像的研究奠定了基础；获得了CsPbBr3量子点在八次提纯后依然保持90%以上发光效率和良好的光、热以及存储稳定性，实现了超强抗荧光热猝灭特性，同时实现了绿光QLED20%以上的EQE和T50>100小时；提出了铠甲钝化策略，以十二烷基苯磺酸为基础，选用和钙钛矿量子点表面具有强结合能力，同时相互之间又能形成氢键的配体体系，实现1+1>2的协同效果，实现了单颗粒钙钛矿量子点核壳结构的构筑，获得了良好的抗辐射特性与稳定的荧光型核电池。在本项目的支持下，发表了多篇高水平SCI论文，培养了多名博士和硕士生，授权发明专利3项。上述研究有望推动钙钛矿量子点在发光显示及探测成像等领域中的应用，并为领域的发展提供了参考。在本项目的支持下，获得江苏省高校科技奖一等奖、江苏省青年颗粒学奖等奖项，入选科睿唯安全球高被引学者，爱思唯尔中国高被引学者，江苏省333高层次人才培养工程等。