超稳定钙钛矿-沸石CsPbBr₃@LTA复合材料 | Mater. Today Phy.
The following article is from 知光谷 Author 王伟
第一作者：王伟, 郭锐
通讯作者：Wang li（王立）, Chen wei（陈伟）
通讯单位：南昌大学，德克萨斯大学
研究亮点：
1. CsPbBr3@LTA复合材料制备，不需要有机试剂、直接空气中合成。
2.具有高的发光性能、超高的稳定性，空气中放置17个月，PLQY~66%；水中浸泡554天，维持78%发光强度；光照射20天，维持100%发光强度。
3. 可批量合成，在显示、Micro-LED和防伪领域有着巨大的实际应用潜力。
一、成果简介
金属卤化铅钙钛矿在光电子领域有着广泛的应用，但其较差的稳定性严重阻碍了其实际应用。有鉴于此，南昌大学Wang li和美国德克萨斯大学Chen wei团队报道了一种通过高温离子扩散法在小孔径（<0.41nm）LTA沸石体内合成CsPbBr3量子点的复合材料，具有高的发光性能和超稳定性，对多孔材料包覆金属卤化铅钙钛矿提供新的合成思路。
四、结果与讨论
要点1：CsPbBr3@LTA复合材料的制备
提高CsPbBr3量子点的稳定性的常规操作是先制备出CsPbBr3量子点，然后采取后保护策略，不仅量子点制备需要大量的有机试剂，后续保护也会大大降低量子点的性能。而多孔材料包覆策略，多孔材料的孔径大小会直接影响钙钛矿性能，孔径太大，无法阻挡水对钙钛矿的破坏，孔径太小，钙钛矿量子点无法进入孔径。在这个工作中，直接将原料和LTA沸石混合，通过高温煅烧在0.41nm小孔径LTA内合成高发光性能、超高稳定的CsPbBr3@LTA复合材料。
图1 CsPbBr3@LTA 的合成示意图及表征
要点2：CsPbBr3@LTA合成机理研究
图2 CsPbBr3@LTA合成机理研究。
研究人员系统研究了CsPbBr3@LTA复合材料的合成条件和机理。发现在水的存在下刚煅烧出来的白色样品会逐渐变绿，发光强度也逐渐变强，同时LTA沸石体内的钙钛矿量子点也增多。CsPbBr3@LTA复合材料的合成主要有两个阶段：第一个阶段，CsBr和PbBr2在650℃温度下通过离子扩散进入到LTA沸石体内得到无荧光的CsBr/PbBr2@LTA复合材料；第二阶段，CsBr/PbBr2@LTA复合材料在空气中吸收水分，在水的作用下促进离子扩散，离子组装得到有荧光的CsPbBr3@LTA复合材料。
要点3：CsPbBr3@LTA稳定性
图3 CsPbBr3@LTA的稳定性
研究人员主要从水稳定性、光稳定性、热稳定性和化学稳定性四个方面研究了CsPbBr3@LTA的稳定性。CsPbBr3@LTA能在空气中放置17个月还保持66% PLQY，放置在水中554天还保持78%的发光强度，这主要是LTA沸石吸收气态水达到饱和后，液态水分子很难通过0.41nm的孔径进入沸石体内，因此具有高的水稳定性。由于合成的CsPbBr3在沸石很深的体内，对光的稳定性也大大提高，在450 nm的持续光照射20天后，CsPbBr3@LTA发光强度维持100%。相比于纯的CsPbBr3量子点，CsPbBr3@LTA的热稳定性高也有提升。最后CsPbBr3@LTA的化学稳定性显著提升，它可以直接与钙钛矿红色量子点混合，并不会发生卤素离子交换，为钙钛矿全彩显示提供保障。
五、小结
综上所述，作者提出了一种不使用有机试剂，在空气中通过高温离子扩散法在小孔径的LTA沸石体内合成CsPbBr3钙钛矿量子点的方法。该方法制备的CsPbBr3@LTA复合材料具有高发光性能、超高稳定性，在显示、Micro-LED和防伪领域有着巨大的实际应用潜力。
六、参考文献
Wei Wang et al. Improved Stability and Efficiency of Perovskite Via a Simple SolidDiffusion Method. Materials Today Physics., 2021.
DOI：10.1016/j.mtphys.2021.100374.
https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2021.100374.
陈伟（Wei Chen）博士，本科毕业于吉林大学地球科学院，硕士毕业于中南大学，博士毕业于北京大学化学学院。在北京科技大学材料物理系做博士后1994-1998在中国科学院半导体研究所工作，任副研究员、研究员和材料开放实验室负副主任。获科学院院长杰出基金和科学院青年科学家奖。1998.8-1999.5瑞典隆德大学材料化学系高级访问学者；1999.6-2000.3任加拿大西安大略大学化学物理中心高级研究员。2000年-2006年，任职于Nomadics公司（现Flir系统公司），纳米技术研究组组长。2006年9月陈伟加入德州大学阿灵顿分校物理系，现为纳米生物物理专业终身正教授。三次获得德州大学科研优秀奖及德州杰出科学家两次提名。2017年获得美国科技出版社的最佳论文奖。2020年获德州大学杰出成就奖，当选美国发明科学院Senior Member、国际先进材料联合会Fellow和欧洲材料科学技术Vebleo Fellow。2021年当选为美国Sigma Xi Full member. 现担任生物医学纳米技术杂志（Journal of Biomedical Nanotechnology）副主编，美国科学出版社JNN副主编，纳米科学与技术评论杂志（Reviews in Nanoscience and Nanotechnology）主编。还担任著名刊物 Cancer Nanotechnology, Journal of Nanomedicine, ACS Applied Biomaterials, Nanomaterials, Dermatology的编委。多年来一直从事纳米技术的尖端研究，系国际著名纳米药物和癌症纳米技术专家。在癌症纳米靶向治疗和深部癌症光动力治疗研究方面取得了优异成果。目前在PNAS, Nano Letters, Signal Transduction and Targeted Therapy(Nature), Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Materials Today Physics等著名学术刊物发表论文295篇，主持编写专著1部（三册），参与编写专著13册，论文引用超过11460次，论文H指数是56，其中单篇引用最高达684次，引用超过200次的有13篇， 引用超过100次的有28篇，授权发明美国专利20项；主持了30多项重大科研项目，总科研经费超过900万美元。Charles P. Poole Jr.与Frank J. Owens在2003 所著的美国第一本纳米技术教科书《纳米技术介绍》中介绍了他的开创性工作和重要贡献。陈伟的科研工作广受关注， 受到美国电视节目CBS的报道。（1）率先提出“纳米粒子自发光光动力疗法”治疗深部癌症的概念。两篇代表性论文：JNN （2006）被引用542多次， 2017年获得美国科技出版社的最佳论文奖。Advanced Drug Delivery Reviews(2008)成为2008和2009年的热点文章，目前被引用649次。（2）发明了第四代光敏剂——半胱胺酸铜，这种新型光敏剂可以在紫外光、X射线、微波和超声波产生活性氧用于癌症和感染病的治疗， 目前获得美国、欧洲和亚洲专利8项。（3）开辟CuS用于癌症纳米治疗技术的新研究方向，成为光热治疗领域热点。代表性论文‘用于肿瘤细胞光热消融治疗的硫化铜纳米颗粒’（Nanomedicine, 2010, 5:1161）在2010-2014年‘生物技术应用微生物学’类123573篇文章中排名384 （Web of Science）。目前被引用476次。（4）发明新型癌症治疗方式——微波诱导光动力治疗（MIPDT），获美国专利， 也已经成为一个重要的研究热点。
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