近日，山東大學前沿交叉科學青島研究院分子科學與工程研究院韓克利教授團隊在制備高質量金屬鹵化物鈣鈦礦納米晶方面取得重要進展，利用鍺鹵化物作為理想的前驅體設計了一種更有效、毒性更小的制備高光電性能金屬鹵化物鈣鈦礦納米晶體的途徑，使所制備的納米晶的光電質量得到了明顯改善。相關研究成果以“Germanium Halides Serving as Ideal Precursors: Designing A More Effective and Less Toxic Route to High Optoelectronic Quality metal Halide Perovskite Nanocrystals”為題發表在國際學術期刊Nano Letters上。山東大學是該論文的第一完成單位，前沿交叉科學青島研究院2019級碩士研究生王曉晨和2020級博士研究生柏天新為該論文共同第一作者，韓克利教授和劉鋒研究員為該論文的共同通訊作者。
金屬鹵化物鈣鈦礦納米晶由于顯著的尺寸特性和結構穩定性受到了廣泛關注。然而，鉛基和非鉛鈣鈦礦納米晶的三前驅體合成面臨著非常相似的挑戰：目前選擇的鹵化物前驅體主要局限于有毒并且高度易燃的有機鹵化物，這將大大限制它們的大規模應用。另外，這些有機鹵化物制備的大多數納米晶由于鹵素缺陷導致其光致發光性能較差。而很多無機金屬鹵化物又會同時將金屬陽離子引入鈣鈦礦晶格，從而不可避免地改變目標材料的晶體結構。因此，尋找合適的鹵化物前驅體變得越來越重要。
在本工作中，該團隊創新性地提出了將全無機鍺鹽GeX4(X = Cl、Br、I)作為穩定且低危險性的鹵化物前驅體。不同于大多數其他無機鹵化物前驅體，GeX4化合物不會將Ge元素傳遞到最終化合物中，而所得納米晶的發光強度、熒光壽命、光致發光量子產率和相穩定性都得到了明顯改善。這可歸功于Ge鹵化物中鹵素離子釋放過程的良好調控，這有助于增加所得鈣鈦礦納米晶的鹵化物組成，從而減少或消除與鹵化物空位相關的陷阱態。并且理論計算表明，鍺鹵化物在介電環境和熱力學中都提供了有利的條件，這有助于形成尺寸受限的缺陷抑制的納米粒子。該研究為制備高質量的鈣鈦礦納米材料并調整其光電特性提供了一條光明道路。
上述工作得到了國家自然科學基金委人工光合成基礎科學中心、國家自然科學基金和山東大學齊魯青年學者基金等資助。
來源：山東大學
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.1c03527
