物構所等全無機CsPbX3鈣鈦礦量子點穩定性研究獲進展

　　全無機鈣鈦礦量子點（CsPbX3, X = Cl, Br, I）具有優異的光電性能，在太陽能電池、發光二極管以及激光等光電器件中展示出了巨大的應用前景。然而，與有機-無機雜化鈣鈦礦材料類似，含有鹵素的全無機鈣鈦礦量子點由于自身晶體結構的不穩定性，在高溫或潮濕環境中與空氣接觸極易分解，極大限制了此種材料的實際應用。為此，人們探索了像表面二氧化硅包覆、表面氯化等各種方法來增加其穩定性，但是這些方法并不能從根本上解決這一難題。如何大幅提高全無機鈣鈦礦材料穩定性的同時并調控其光電性能，已成為國內外眾多科學家的研究熱點。

　　在國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項、科技部“973”計劃、中國科學院青年創新促進會等基金的資助下，中科院福建物質結構研究所洪茂椿課題組、陳學元課題組聯合南京理工大學教授曾海波課題組，劉永升等科研人員提出了一種簡單而高效的Mn2+取代策略，從穩定CsPbX3鈣鈦礦量子點晶格結構的角度出發，解決全無機鈣鈦礦量子點穩定性差的難題。通過密度泛函第一原理計算，研究團隊發現當CsPbX3鈣鈦礦量子點晶格中的二價基質陽離子Pb2+（~1.33 ?）被離子半徑小的Mn2+（~0.97?）少量取代后，其晶格就會因Mn2+摻雜而收縮。由于Mn-X鍵具有比Pb-X鍵高得多的解離能，這種晶格的收縮就會使得Mn2+摻雜的CsPbX3量子點的形成能（或結合能）相比于純的量子點有所提高，在一定程度上穩定了CsPbX3鈣鈦礦量子點的晶格，從而能夠大幅提高鈣鈦礦量子點的熱穩定性、空氣穩定性和光電性能。受益于此，研究團隊還發現基于Mn2+摻雜的CsPbX3量子點構建的發光二極管呈現出了比純量子點發光二極管更高的發光亮度、外量子效率和電流效率，這充分展示出Mn2+摻雜的CsPbX3量子點在構建高性能、長期穩定的光電器件等領域的優勢。

　　該研究工作提供了一種穩定CsPbX3鈣鈦礦量子點的新策略，必將對全無機鈣鈦礦量子點的光電應用產生重要影響。上述研究成果近期以全文形式發表在《美國化學會志》，論文第一作者為博士研究生鄒勝晗。