铅卤钙钛矿-聚合物复合材料的制备及应用

铅卤钙钛矿纳米晶具有优异的光电性能,在太阳能电池、光电探测和生物成像等领域展现出巨大的发展潜力。然而,铅卤钙钛矿纳米晶自身稳定性差的缺陷制约了其在实际生活中的应用。将铅卤钙钛矿纳米晶嵌入到聚合物中以制备钙钛矿-聚合物复合材料是近年来发展起来的一种有效增强钙钛矿稳定性的策略,特别是致密的聚合物基质赋予钙钛矿纳米晶优异的水稳定性。本文综述了近十年钙钛矿-聚合物复合材料的制备方法及在发光器件和生物医药等领域的应用,探讨了目前仍存在的一些问题和解决方法,并对未来这一领域的发展进行了展望。     

卤化钙钛矿型纳米晶的光学性能及应用研究进展

本文重点论述了全无机卤化钙钛矿型(ABX_3)纳米晶的光学性能及应用.介绍了这类纳米晶的制备方法:常压溶剂热法和离子交换法,并进一步阐述其光学性能(主要包括光吸收性能和发光性能)及相关应用(主要包括发光二极管和太阳能电池及其在激光材料、光电探测器和光催化剂领域的应用).这类材料优异的光电性能使其在其它领域也具有潜在的应用价值.     

手性钙钛矿纳米材料的构筑及光电性能

金属卤化物钙钛矿纳米材料因其丰富的化学结构和优异的光电性能,已成为一种极具应用前景的半导体材料。在钙钛矿无机框架中引入有机手性分子后,能够比较容易地得到手性钙钛矿纳米材料,从而可以极大地推动智能光电材料和自旋电子器件的快速发展。本文将综述手性钙钛矿纳米材料的构筑与手性产生机理的最新研究进展,包括一维手性钙钛矿纳米线、二维及准二维手性有机-无机杂化钙钛矿纳米片、三维手性钙钛矿纳米晶、超分子组装体系中诱导的手性钙钛矿纳米晶等。值得注意的是,不同种类的手性钙钛矿纳米材料在圆二色性、圆偏振发光、铁电性、自旋电子学等方面展现出优异的光电性能及巨大的应用前景。但是,有关手性钙钛矿纳米材料的研究目前还处于初级阶段,其中很多机理还存在争议,许多基础性和应用型的工作也有待开展。     

激光作用铅卤钙钛矿的机理与应用

近年来,铅卤钙钛矿纳米晶因其易制备,低成本,高性能等特性引起了人们极大的关注。钙钛矿纳米晶的光电性能优越应用潜力巨大,然而稳定性问题制约着它进一步发展,使其无法与已经商业化的应用相匹敌。针对钙钛矿材料的稳定性问题,人们展开了很多研究,其中一个方面就是光照稳定性。该方面的研究可以为制备高稳定性钙钛矿材料和器件奠定基础,还可以利用光照(特别是激光)来调控钙钛矿的结构和性能,拓展其在光电领域的全方位应用。本文专注于激光照射下钙钛矿的变化及其相关应用,首先综述了激光辐照铅卤钙钛矿时出现的变化现象以及微观机理;其次,基于这些变化机理,介绍了最近研究人员如何使用激光技术对钙钛矿薄膜和器件进行性能调控,以及激光直写钙钛矿技术的相关应用。     

表面包覆策略:提高全无机铯铅卤钙钛矿纳米晶的稳定性及其在照明显示领域的应用

全无机铯铅卤钙钛矿纳米晶具有荧光量子产率高、色纯度高、色域广等优异的光电性质,在发光二极管、太阳能电池和生物标记等领域具有广阔的应用前景。但由于其离子特性所导致该纳米晶的稳定性较差,严重阻碍了进一步推广应用。尽管已发展出许多提高稳定性的策略,如离子掺杂、表面钝化和表面包覆,但暴露于空气、水和极性溶剂等情况下如何保持钙钛矿纳米晶的稳定性仍然是目前亟待解决的重要问题。此外,钙钛矿纳米晶中的阴离子交换现象也限制了其在多色发光显示领域的应用。通过表面包覆可以有效提高钙钛矿纳米晶的稳定性,同时限制了纳米晶中的阴离子交换,因此近年来成为了科研工作者研究的热点。本文总结了造成钙钛矿纳米晶不稳定的原因,详细介绍了铅卤钙钛矿包覆工艺的研究进展及其在照明显示领域的应用,最后分析了全无机铯铅卤钙钛矿纳米晶发展过程中面临的挑战,并对未来的研究方向进行展望。     

无机铅卤钙钛矿纳米晶的合成、性能及应用

无机铅卤钙钛矿CsPbX₃(X=Cl,Br,I)纳米晶因具有较高荧光量子效率(~90%)、发光波长覆盖整个可见光谱(400~700 nm)、半高宽相对较窄(12~42 nm)等诸多优点而备受关注,这些性能使之成为当前最具有潜在应用价值的发光材料之一。 因此,近年来对该类无机铅卤钙钛矿材料的报道越来越多。 本文主要介绍了无机铅卤钙钛矿发光材料的发展历程、结构、制备方法、生长机理及当前的主要应用领域等,最后概括了无机铅卤钙钛矿发光材料在当前研究背景下所面临的问题并展望了下一阶段的发展方向,为进一步提高其光学性能及开发新型高效的无机铅卤钙钛矿发光材料奠定基础。     

多维CsPbX3无机钙钛矿材料的制备及其在太阳能电池中的应用

近年来全无机CsPbX₃(X=Cl、Br、I)型钙钛矿材料由于其高吸光系数、低激子束缚能、长的载流子扩散长度等优点使其在太阳能电池(PSC)器件应用方面备受关注。高效的合成方法和精准的形貌控制对无机钙钛矿的光学性质及其太阳能电池光电性能及稳定性至关重要。本文系统介绍了不同维度无机钙钛矿材料包括零维量子点、一维纳米线/棒、二维纳米片和三维纳米花的现有合成方法;比较了各种合成方法的优势;着重介绍了不同维度无机钙钛矿材料的形貌调控手段,光学性质及相应太阳能电池光电性能的优化策略;最后展望了全无机钙钛矿朝着无害化和高性能钙钛矿太阳能电池的应用前景。     

全无机卤化铅钙钛矿的结构、热力学稳定性和电子性质（英文）

有机-无机杂化卤化铅钙钛矿因具有独特的电子和光学特性,已经成为光电领域最有前途的材料。但是,有机-无机钙钛矿材料及器件稳定性差,限制了其实际应用。与杂化钙钛矿相比,全无机卤化物钙钛矿CsPbX_3 (X=Cl,Br,I)显示出更强的热稳定性。全无机卤化物钙钛矿CsPbX_3具有多个晶型,在不同的温度下呈不同相结构。目前,关于CsPbX_3的结构和物理性质仍存在争议。本文我们针对三个晶相α-,β-和γ-CsPbX_3的结构,热力学稳定性和电子性质进行了全面的理论研究。第一性原理计算表明,从高温α相到低温β相,然后再到γ相的相变伴随着PbX6八面体的畸变。零温形成能计算表明,γ相最稳定,这与实验中γ相为低温稳定相的结论一致。电子性质计算表明,所有CsPbX_3钙钛矿都表现出直接带隙性质,并且带隙值从α相到β相再到γ相逐渐增加。这是由于相变发生时,Pb-X成键强度逐渐减弱,使价带顶能量降低,进而带隙增加。在所有相中,α相结构中较强的Pb-X相互作用,导致了较强的带边色散,使其具有较小的载流子有效质量。     

环境友好型无铅卤化物钙钛矿太阳能电池研究进展

ABX_3(A为甲胺、甲脒等有机离子或铯离子,B为铅或锡等金属离子,X为溴、碘等卤化物离子)卤化物钙钛矿材料具有优异的光电特性,是当前太阳能电池研究的前沿和热点之一。然而,这类太阳能电池普遍面临含毒性元素铅和稳定性差等问题,极大地阻碍了钙钛矿太阳能电池商业化应用进程。因此,发展新型高效无铅钙钛矿太阳能电池势在必行。本文评述了环境友好型无铅卤化物钙钛矿太阳能电池的最新研究动态和进展,探讨了该类太阳能电池的制备、性能及其稳定性等问题,展望了其未来发展趋势。     

反溶剂法快速合成高效发光二维锡卤钙钛矿材料

铅卤钙钛矿材料由于其优异的光电性质而受到了广泛关注. 但是, 材料中铅的毒性问题极大地阻碍了其大规模应用. 因此, 寻找与铅卤钙钛矿具有相似光电性质的非铅卤化物钙钛矿材料十分重要. 其中, 锡基卤化物钙钛矿被认为是铅基钙钛矿材料最佳的替代材料之一. 本文通过简便的反溶剂方法, 合成了一系列新型二维(RNH₃)₂SnX₄(R为烷基链, X=Br^-, I^-)钙钛矿材料. 研究结果表明, 所合成的材料具有优异的荧光发射性质, 发光量子效率高达98.5%, 比三维ASnX₃[A=Cs⁺, 甲胺(MA⁺), 甲脒(FA⁺)等]型钙钛矿表现出更好的稳定性. 本文所采用的合成方法简单易行, 有利于实现金属卤化物钙钛矿材料的大规模合成及在固态照明器件和显示器件领域的工业应用.     

碳量子点纳米材料在铅卤钙钛矿太阳能电池中的应用研究进展

碳量子点（CQDs）是一类粒径较小,光学性能显著,且电荷传输性能优异的类半导体纳米材料,在钙钛矿太阳能电池的性能调控和改善中得到广泛的应用。从CQDs纳米材料的合成、性能及应用出发,综述了CQDs纳米材料在钙钛矿太阳能光电器件中电子传输层、钙钛矿光吸收层和空穴传输层等方面的应用进展,并展望了该类材料调控钙钛矿太阳能器件性能的发展趋势。     

手性钙钛矿的结构维度与光电特性

近十年,有机无机杂化钙钛矿凭借其新颖优异的光电特性而引起广泛关注。最近,手性钙钛矿由于结合了钙钛矿材料和手性材料各自独特性能,在三维显示、光学信息处理、量子光学、生物探测、自旋电子等方面具有重要应用价值。根据有机、无机组分的空间分布,可以对手性钙钛矿的结构维度进行分类。本文以手性钙钛矿的不同结构维度为出发点,分别阐述了一维、二维和三维手性钙钛矿的晶体结构、光学和光电特性,包括圆二色性、圆偏振光致发光和光电探测等特性。考虑到二维手性钙钛矿具有独特的范德华层状晶体结构,重点介绍了其与其它二维材料组合成二维异质结构方面的工作。最后,分别从材料制备和器件应用的角度,总结了手性钙钛矿的重点挑战问题和未来发展方向。     

CsPbX3(X=Cl,Br,I)纳米晶的制备及其应用

全无机钙钛矿CsPbX₃(X = Cl, Br, I) 纳米晶作为一类新型的低成本直接带隙半导体材料,具有优异的光学性质,如吸收系数高、尺寸和发射波长易调节、半峰宽窄、荧光量子产率高等特性,在照明、能源、信息显示和探测等领域表现出巨大的应用潜力,成为材料领域的研究热点。本文从CsPbX₃纳米晶的结构组成入手,重点综述了其常见的制备方法如高温热注入法、室温再沉淀法、溶剂热法、液滴微流控法、阴离子交换法等,对常见的形貌尺寸控制策略如反应温度和表面配体进行归纳,以及改善CsPbX₃纳米晶稳定性的策略,总结了此类材料在白色发光二极管、电致发光二极管、激光器、光电探测器、太阳能电池等光电领域的应用情况,最后对CsPbX₃纳米晶领域存在的问题和面临的挑战进行了分析和评述。     

苝酰亚胺衍生物荧光探针的制备及对金属离子的识别

苝酰亚胺衍生物(perlenediimides derivatives,PDIs)作为一类性能优异的新型光电材料,由于其良好的光电性能和强的化学可修饰性,使其在荧光探针方面有着良好的应用前景。以提高苝酰亚胺衍生物溶解性能、改善选择性能为研究切入点,以四氯苝酐为原料,在主链引入供电子基吡啶-2-甲氨基,制备苝酰亚胺衍生物N,N-二(吡啶-2-甲基)-1,6,7,12-四氯-3,4:9,10-苝二酰亚胺(PTCDI-ABD),并对其与Pb~(2+)、Cu~(2+)、Mg~(2+)、Ni~(2+)、Zn~(2+)、K~+、Na~+等金属离子络合后的荧光性能进行详细研究,确定特征金属离子,准确实现金属离子识别。研究证明该化合物分子结构的优化增加了其在空气中的稳定性,与金属离子络合后(即使在较低浓度0.1×10~(-5) mol·L~(-1)),吸收光谱发生蓝移,随着时间的延长,Cu~(2+)的存在导致荧光淬灭。研究显示该化合物是一个很好的Cu~(2+)荧光探针,准确度高、灵敏度强、选择性好、操作简便,容易进行大规模生产和标准化控制。     

钙钛矿材料组分调控策略及其光电器件性能研究进展

近年来，钙钛矿太阳电池的光电转换效率取得了爆发式增长，这与电池中钙钛矿薄膜的制备工艺和材料组分密切相关.关于钙钛矿薄膜的制备方法，相关的研究报道及综述较多，然而钙钛矿材料组分调控方面的研究梳理工作相对缺乏.本综述总结了近年来不同组分体系钙钛矿材料的研究进展，包括有机无机铅卤钙钛矿、全无机铅卤钙钛矿、少铅钙钛矿以及无铅钙钛矿.重点介绍了不同体系中具有代表性的材料组分及其对器件性能的影响，旨在梳理通过组分调控提高钙钛矿电池的效率及稳定性的研究思路，最终实现商业化应用.     

钙钛矿量子点在荧光分析检测中的应用

钙钛矿量子点(PQDs)是一种新兴的发光纳米晶体,相较于传统量子点材料,PQDs有着高荧光量子产率、强量子光发射、窄发射带宽、可调谐发射波长等更为优异的光学性能,故而在荧光分析检测领域内具有广阔的应用前景。本文简述了PQDs的结构、合成及其光学调控;综述了PQDs在重金属离子、有机物、气体及阴离子荧光分析检测中的研究进展,对其检测效果及机理展开讨论分析;此外,本文还总结了PQDs在实际应用中存在问题的应对策略及解决思路,展望了其发展前景,以期为PQDs在荧光分析检测领域的进一步应用提供参考。     

无机半导体纳米晶光学性质的设计、调控及其生物医学应用

半导体纳米晶由于其丰富的能带结构和光学性质,在光电器件和生物医学应用等领域展现出了广阔的应用前景,且在过去的几十年中得到了广泛关注.因此,对其光学性质进行理性设计和精确调控具有重要的研究意义.本文简要综述了本研究组近年来在不同能带隙的无机半导体纳米晶的可控制备技术以及利用DNA纳米技术和蛋白质自组装手段构建具有特异光学性质的纳米结构等方面的相关研究工作,最后对这些纳米晶和纳米结构的独特光学性质及其在生物医学领域的应用研究进行了总结.     

钙钛矿太阳能电池中吸收层的研究进展

钙钛矿太阳能电池因具有成本低、制备容易和光电性能优异等突出特点受到了广泛关注.钙钛矿太阳能电池能量转化效率已从2009年的3.8%提升到2019年的25.2%.我们在文中重点总结了钙钛矿电池吸收层的制备工艺,掺杂和晶体组成、结构调控方面取得的重要进展,以及这些突破对电池效率提高的贡献,同时也提出了钙钛矿太阳能电池发展仍需要解决的问题.     

CuInS2/CdS基掺杂纳米晶的晶体结构、光谱性质及性能调控研究

多功能纳米晶的制备、性能及其应用是材料、化学、能源、生物医学等领域十分关注的课题之一。基于掺杂调控纳米晶生长和性能的思想,发展了纳米晶修饰和复合的概念和技术,使用绿色安全的化学溶液法结合外延生长技术合成了巯基丙酸(MPA)包覆的掺杂CuInS₂/CdS基纳米晶材料。通过适当调整掺杂异价离子的种类,实现了对CuInS₂/CdS基纳米晶显微结构和性能的调控,获得了具有特定相结构、组分、尺度和光学性能(吸收性质、光学带隙、发光强度)的纳米晶。存在于基质晶体中不同金属掺杂离子,会造成半导体的禁带中间产生掺杂能级,导致二次跃迁,进而产物体现出不同的禁带宽度。掺杂Co ²⁺、Fe ²⁺、Er ³⁺离子的CuInS₂/CdS纳米晶光致发光(PL)峰强度降低明显,这是由于Co ²⁺、Fe ²⁺、Er ³⁺离子掺杂有效地抑制了空穴-电子对的复合,降低了纳米晶的光生电子-空穴复合几率,使得其光催化活性得到增强。这些半导体纳米材料在光催化、能量转换与储存方面具有良好的应用潜力。     

碲化镉纳米晶的制备及应用

基于自身的量子限域效应、尺寸效应、介电限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应,碲化镉(CdTe)纳米晶独特的性质在非线性光学、磁介质、催化、医药及功能材料等方面得到了广泛的应用,并且展现出极为广阔的应用前景,同时对生命科学和信息技术的持续发展以及物质领域的基础研究也产生了深刻的影响。本文以 CdTe 纳米晶为对象,详细介绍了其5种典型的制备方法和应用的最新进展。在制备方面,5种典型的制备方法各有利弊,如何在温和的条件下制备出形貌和尺寸可控的 CdTe 纳米晶仍是一个值得追求的目标。通过自组装技术可以制备形貌独特,性能优异的 CdTe 纳米材料,进而实现 CdTe 半导体纳米器件的研制,具有重要的科学意义,是今后研究的热门方向。在应用方面,CdTe纳米晶不但实现了其在光电器件、生物学等领域的应用,而且将会在这些领域继续深化和延伸,开发出新的应用领域。本文同时对 CdTe 纳米晶的发展趋势也进行了展望。