环院智慧｜上海交大环境学院李良团队：小小氟离子大作用，实现钙钛矿稳定性和效率的双重突破

上海交通大学环境科学与工程学院李良教授团队长期聚焦于解决限制荧光半导体纳米晶（量子点）应用的“稳定性”瓶颈问题，在实现量子点稳定性提升及LED、体外检测等应用推动方面取得系列创新研究成果。自2020年起，李良教授团队开拓了氟钝化钙钛矿纳米晶的创新性研究工作，与意大利米兰-比科卡大学Brovelli Sergio教授合作发表于Nature Photonics期刊题为“Suppression of temperature quenching in perovskite nanocrystals for efficient and thermally stable light-emitting diodes”的研究论文近日荣获“2021中国光学十大进展”提名奖（基础研究类）。

2022年3月，李良教授团队将氟钝化策略应用拓展至团队所提出的钙钛矿量子点高温固相合成法，提高了钙钛矿量子点的热缺陷活化能，制备出兼具优异荧光效率和抗光、化学及热猝灭性的量子点荧光粉，相关研究成果以“Suppressing thermal quenching of lead halide perovskite nanocrystals by constructing a wide-bandgap surface layer for achieving thermally stable white light-emitting diodes”为题发表于Chemical Science (2022,13, 3719-3727)。该研究采用阴离子表面钝化策略（包括F^-离子，SO₄^2-离子等）应用于团队所创建的绿色高温固相合成钙钛矿纳米晶体系，在此基础上构筑了稳定的白光LED器件。近日，李良教授团队进一步利用氟离子抑制锡氧化合成出超稳定的锡基无铅钙钛矿，相关研究成果以“Stable Lead-free Tin Halide Perovskite with Operational Stability >1200 h by Suppressing Tin(II) Oxidation”为题在线发表于Angew. Chem. Int. Ed.期刊，并入选VIP论文。上海交通大学博士后张庆刚为论文的第一作者，孔龙助理研究员与李良教授为该论文的共同通讯作者。

Angew: 氟离子抑制二价锡氧化，构筑稳定的无铅锡卤钙钛矿

卤化铅钙钛矿由于其高发光效率、高缺陷容忍性、发射光谱可调等优越的光电性能, 在显示、照明、太阳能电池等领域展现出巨大的应用潜力。然而，铅元素本征的生态及健康毒性问题严重阻碍了其商业应用进程。为了解决卤化铅钙钛矿的毒性问题，必须有策略地选用其他无毒候选元素替代Pb²⁺元素。锡元素具有和铅相似的结构和性质，是目前最有希望替代铅的元素之一，引起了研究者们广泛的关注及研究。然而，目前Sn (II)基钙钛矿的研究尚处于起步阶段，与成熟的Pb (II)基钙钛矿相比，其在环境氛围下Sn²⁺极易被氧化成Sn⁴⁺而丧失荧光性能，其稳定性及荧光量子效率存在巨大挑战。

本研究报道了一种简单的合成策略，即以SnF₂作为锡源，替换了传统易氧化的SnBr₂，制备了高效稳定的无铅Cs₄SnBr₆钙钛矿材料。F^-离子的引入构建了富氟的微环境，不仅有效地抑制了合成过程中Sn²⁺的氧化，而且形成了化学稳定的Sn-F配位，在长期运行过程中，能有效阻止电子从Sn²⁺向氧气分子的转移。SnF₂衍生的Cs₄SnBr₆钙钛矿显示出62.8%的荧光量子产率，并且在1200小时内对氧气、水分和紫外光辐射具有出色的稳定性，是最稳定的无铅钙钛矿之一。该结果为提高无铅钙钛矿的光学性能和稳定性提供了一条新思路。

图1. SnF₂衍生的Cs₄SnBr₆钙钛矿的结构与形貌特征

图2. SnF₂衍生的Cs₄SnBr₆钙钛矿的稳定性测试

Nature Photonics论文荣获“2021中国光学十大进展”提名奖

近日，中国激光杂志社发布“2021中国光学十大进展”。经过评审委员会多轮遴选，10项研究入选基础研究类，10项研究入选应用研究类，19项成果获得提名奖。其中，上海交通大学环境科学与工程学院李良教授课题组与合作团队在2021年于Nature Photonics期刊发表的“Suppression of temperature quenching in perovskite nanocrystals for efficient and thermally stable light-emitting diodes”研究论文荣获“2021中国光学十大进展”提名奖（基础研究类）。环境科学与工程学院刘明明博士、万群博士，机械与动力工程学院汪华苗副教授为论文共同第一作者，意大利米兰-比科卡大学Brovelli Sergio教授与李良教授为共同通讯作者。该工作中，通过氟化物后处理钙钛矿量子点的方式，首次实现环境温度处于100℃范围内量子点荧光性能近乎零“热猝灭”，所制备的LED电致发光器件也具有优异的抗“热猝灭”性能。

论文链接：

1. Zhang Q, Liu S, He M, et al. Stable Lead‐free Tin Halide Perovskite with Operational Stability> 1200 h by Suppressing Tin (II) Oxidation[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2022.

https://doi.org/10.1002/anie.202205463

2. Zhang Q, He M, Wan Q, et al. Suppressing thermal quenching of lead halide perovskite nanocrystals by constructing a wide-bandgap surface layer for achieving thermally stable white light-emitting diodes[J]. Chemical science, 2022, 13, 3719-3727.

https://doi.org/10.1039/D1SC06554H

3. Liu M, Wan Q, Wang H, et al. Suppression of temperature quenching in perovskite nanocrystals for efficient and thermally stable light-emitting diodes[J]. Nature Photonics, 2021, 15(5): 379-385.

https://www.nature.com/articles/s41566-021-00766-2

https://www.opticsjournal.net/Columns/ZGGX?type=view&postid=PT22052100013Yu1x4

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供稿｜环境学院李良教授团队

责编｜葛天意

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