Kolloidala halvledarnanopartiklar kan ses som ett komplex av en oorganisk enkristallkärna och ett monolager av organiska ligander. Placeringen och typen av ligandförankring på nanokristallytan är avgörande för nanokristallernas morfologi, storlek, bindningsmönster, adsorptions-desorptionsprocesser och övergripande stabilitet, optoelektroniska egenskaper, etc.
Speciellt i perovskit nanokristaller (PNC) med karaktären av mjuka gitter, har bindningsmiljön för ligandfunktionella grupper spelat en avgörande roll för att bestämma de optoelektroniska egenskaperna och stabiliteten hos PNC:er.
Interaktionen mellan funktionella grupper och förankringsplatser samt de synergistiska och frånstötande egenskaperna mellan funktionella grupper är dock ännu inte helt klarlagda, vilket hindrar den idealiserade designen av högpresterande PNC-material och -enheter.
I en nyligen publicerad artikel publicerad i Light:Science &Applications , ett team av forskare, ledda av professor Yu Zhang, från State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics och College of Electronic Science and Engineering, Jilin University, Kina och medarbetare har avslöjat nya förankringsplatser (supramolekylära halogenbindningar) på ytan av perovskit nanokristaller (PNC) genom att använda den klassiska trifenylfosfinliganden (TPP) och dess derivat 2-(difenylfosfino)-bifenyl (DPB).
"Det har visat sig att, förutom den konventionellt betraktade P-Pb-koordinationsinteraktionen, kan P och I också bilda en oväntad halogenbindningsinteraktion." Författarna har karakteriserat detta på djupet genom att kombinera kärnmagnetisk resonansspektroskopi, Fourier transform infraröd spektroskopi (FTIR) och röntgenfotoelektronspektroskopi.
"Det finns ett kemiskt skifte i TPP-CsPbI3 jämfört med TPP, vilket indikerar att de P-innehållande funktionella grupperna i TPP interagerar med ytan av CsPbI3 PNC:er, vilket resulterar i en förändring i koordinationsmiljön för P.
"FTIR-spektrumet för TPP-passiverade PNC:er visar också två ytterligare toppar 2 och 3, men de skiftar till 542 cm -1 och 1120 cm -1 , respektive. Detta tyder på att I ... P supramolekylär interaktion i TPP-passiverad CsPbI3 PNC:er är liknande men inte identiska med TPP-I2, som tillskrivs den olika kemiska miljön för I-atomer i I2 och CsPbI3 .
"Pb 4f-spektra för TPP- och DPB-passiverade PNC-filmer skiftar till den högre bindningsenergin på grund av den starka bindningen mellan Pb- och P-funktionella grupperna. I 3d-spektra för TPP- och DPB-passiverade PNC-filmer skiftar till den lägre bindningsenergin, vilket kan betraktas som ett resultat av interaktionen av den nukleofila atomen P i TPP eller DPP med I:et i PNC:er för att ge elektroner till den elektrofila regionen av I", konstaterar forskarna.
Samexistensen av ovanstående två typer av bindning ökade avsevärt bildningsenergin för jodvakansdefekter och förbättrade fotoluminescenskvantutbytet för PNC:er. Samtidigt ökade den direkta interaktionen mellan P och I stabiliteten hos Pb-I-oktaedrarna och hämmade dramatiskt migrationen av I-joner.
Dessutom undersöks också den konjugerade naturen hos bensenringar, vilket indikerar att införandet av ytterligare bensenringar (DPB) ökar de delokaliserade egenskaperna hos PNC-ytan och avsevärt förbättrar laddningstransporten mellan PNC:er.
"Slutligen uppnådde de BPB-passiverade PNC-baserade toppemitterande lysdioderna en topp-EQE på 22,8 % och en extremt låg verkningsgrad på 2,6 % vid en strömtäthet på 500 mA cm -2 ", lade de till.
"Valet av multifunktionella förankringsplatser ger en ny strategi för att förbättra de optoelektroniska egenskaperna hos PNC:er och enheter", förutspår forskarna.
Mer information: Po Lu et al, Anrikning av förankringsplatser genom att introducera supramolekylära halogenbindningar för de effektiva perovskite nanokristall-LED:erna, Light:Science &Applications (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01266-4
Journalinformation: Ljus:Vetenskap och tillämpningar
Tillhandahålls av TranSpread
