Adv. Funct. Mater.：CsPbBr3钙钛矿纳米线与纳米棒之间的可逆转变及其偏振光电特性

【背景介绍】

以铯铅卤化物（CsPbX₃，X=Cl、Br、I）为代表的全无机钙钛矿半导体具有载流子迁移率高、扩散长度长、光电转换效率高、荧光量子产率高等优点，其在光伏、光电、催化等领域有着广阔的应用前景。由于尺寸和量子限制效应，纳米CsPbX₃的物理性质可以进行灵活的设计，其中CsPbX₃超细纳米线/纳米棒的物理性质在轴向和径向上具有显著差异而备受关注。因此，合成尺寸和形貌可控的高质量纳米CsPbX₃是其性质与应用研究的基础。然而，目前在强量子限制尺寸范围内对CsPbX₃纳米棒/纳米线的直径和长度进行精细控制仍然面临挑战。

【成果简介】

近日，清华大学王训教授、南京师范大学徐翔星教授（共同通讯作者）等人报道了一种直径2-3 nm超细CsPbX₃钙钛矿纳米线的室温合成法。研究发现，CsPbBr₃纳米线的形态在反应溶液中能长时间稳定保存；而分散在环己烷中，它们会转变成纳米棒，纳米棒的长度和直径可通过浓度和时间调控；将这些纳米棒分散到合成上清液中，又能重新转变为纳米线。作者在文中对该现象进行了深入分析和讨论，加深了人们对钙钛矿纳米材料稳定性、形貌和相转变的认识。作者还研究了这些纳米棒/纳米线的偏振光电特性并制备了相应的线偏振光探测器。研究成果以题为“Reversible Transformation between CsPbBr₃ Perovskite Nanowires and Nanorods with Polarized Optoelectronic Properties”发布在国际著名期刊Adv. Funct. Mater.上。

【图文解读】

图一、超细CsPbX₃钙钛矿纳米线的TEM图像
a）超细CsPbCl₃纳米线；

b）超细CsPbCl_xBr_3-x纳米线；

c）超细CsPbBr₃纳米线；

d）超细CsPbBr_xI_3-x纳米线；

e）超细CsPbI₃纳米线；

f）其在环己烷溶液中和紫外光激发下的照片。

图二、CsPbBr₃纳米线和纳米棒的XRD谱图

图三、CsPbBr₃纳米棒和纳米线的TEM/HRTEM表征与可逆转化
a-d）不同尺寸CsPbBr₃纳米棒的TEM图像，其中a）≈5.2*18 nm、b）≈6.6*32 nm、c）≈8.5*55 nm和d）≈4.8*79 nm；

e-f）尺寸≈5.1*50 nm CsPbBr₃纳米棒与转化为纳米线的TEM图像；

g-h）尺寸≈4.6*45 nm CsPbBr₃纳米棒与转化为纳米线的TEM图像；

i）CsPbBr₃纳米线与纳米棒之间的相互转化示意图。

图四、CsPbBr₃纳米线和纳米棒的光谱与尺寸分布
a）CsPbX₃纳米线的紫外-可见光吸收光谱和PL光谱；

b-c）CsPbBr₃纳米棒的紫外-可见光吸收光谱和PL光谱，以及直径和长度分布。

图五、CsPbBr₃纳米棒（≈4.8*79 nm）的PL极化特性
a）钙钛矿胶体溶液线性极化激发的PL极化测量示意图；

b）CsPbBr₃纳米棒溶液的极化PL；

c-d）利用线性极化激发对钙钛矿薄膜进行PL极化测量的示意图，以及CsPbBr₃纳米棒薄膜的极化PL。

图六、具有极化光电特性的定向组装CsPbBr₃纳米线
a）用于光电测量的叉指电极的图像；

b）通过刷涂制备的组装的CsPbBr₃纳米线薄膜的典型SEM图像；

c）通过垂直或平行于刷涂方向的线性偏振器观察到的相应PL；

d）溶液和薄膜中CsPbBr₃纳米线的极化吸收光谱；

e）定向组装的CsPbBr₃纳米线薄膜的偏振敏感光电探测性能。

【小结】

综上所述，作者发展了一种室温合成超细CsPbX₃纳米线的方法。将CsPbBr₃纳米线分散于环己烷，通过控制其浓度和室温熟化时间，纳米线可转变成直径和长度可调的纳米棒。该过程无需添加反应物或表面活性剂、无需加热、无需进一步纯化即可实现形态转变。所制备的纳米线/纳米棒具有与初始纳米线相同的表面修饰配体和质量浓度。作者进一步实现了纳米棒向纳米线的反向转变，提出了钙钛矿纳米线和纳米棒相互转变的控制机理，为钙钛矿纳米晶的形貌控制开辟了一条新的途径，并有望应用于其他纳米晶体和溶液体系。作者利用偏振吸收和发射模型研究了CsPbBr₃纳米线和纳米棒的偏振光电性质。其中，定向组装的CsPbBr₃纳米棒获得了高达0.9的光致发光极化，制备了偏振型光电探测器。钙钛矿纳米线和纳米棒的偏振相关光电特性对研究1D/准1D系统中与维度相关的激子物理，以及对利用图案化的纳米线/纳米棒组装体构建新型功能化光电子器件提供了基础和启发。

文献链接：Reversible Transformation between CsPbBr₃ Perovskite Nanowires and Nanorods with Polarized Optoelectronic Properties. Adv. Funct. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adfm.202011251.

本文由CQR编译。

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