杨培东JACS: 超细胶体铯铅卤化物钙钛矿纳米线

【引语】

2016年9月27日，JACS网站在线发表了题为“Ultrathin Colloidal Cesium Lead Halide Perovskite Nanowires”的文章，通讯作者为加州大学伯克利分校的杨培东教授。在这篇快讯（communication）文章中，研究人员报道了利用无催化剂胶体合成以及逐步纯化步骤制备亮度可观的超细钙钛矿结构纳米线的方法。

【成果简介】

直径小于激子波尔半径甚至达到原子水平（小于3nm）的超细半导体纳米线以其独特的长径比在过去数年里引起了极大的关注。此外，这种纳米线拥有巨大的表面以及由量子限域效应引发的独特性质，这些特点使得其可以作为连接纳米材料与分子的模型系统加以研究。然而，目前的纳米线尺寸只能控制在8nm左右，而这样的尺寸正处在激子波尔半径的边界上，因此只能表现出非常弱的激子限域。

杨培东课题组的研究人员发展了一种能够制备尺寸高度均一的超细单晶CsPbBr₃纳米线。这种纳米线的直径在2.2 ± 0.2 nm，比CsPbBr₃激子波尔半径（7nm）还要小，经过纯化和表面处理，这种纳米线的光致发光量子产率（PLQY）可以达到30%。此外，通过阴离子交换反应，研究人员在维持纳米线超细形貌的前提下可以操控其中的卤素成分，从而实现纳米线光学性质的调控。

【图文导读】

图1：超细CsPbBr₃纳米线的纯化过程

该项研究利用乙酸乙酯（EA）作为反溶剂（antisolvent），通过加入不同体积的EA逐步地将纳米线从其他杂志中分离出来。这种逐步纯化技术能够将样品产率提高到90%以上。图1的TEM图像还显示，当样品在TEM网格中干燥时，纳米线会趋向于平行排列并且形成密集堆积的高度有序阵列结构。

图2：高度有序纳米线阵列的表征

(a) 超细CsPbBr₃纳米线的SAXS以及XRD；

(b) 单根超细CsPbBr₃纳米线的像差校正HRTEM（AC-HRTEM）图像；

(c, d) 图b中红色选取的伪色图像（false-colored image）及对应的衍射图样；

(e, f) 斜方晶系CsPbBr₃纳米线的模拟AC-HRTEM图像及其对应的衍射图样；

(g, h) 立方晶系CsPbBr₃纳米线的模拟AC-HRTEM图像及其对应的衍射图样。

图3：超细纳米线的量子限域效应

(a) 光学吸收（实线）和光致发光（虚线）光谱；

(b) CsPbBr₃超细纳米线、10±2nm纳米线、纳米晶以及纳米板的低分辨TEM和AC-HRTEM图像。

图4：纳米线阴离子交换过程

(a) 阴离子交换的超细纳米线胶体溶液及相应的卤素离子交换的样品光致发光光谱；

(b) Cl-和I-交换纳米线的TEM图像。

小结：

这篇文章发展了合成和纯化超细纳米线的方法，并用诸如AC-HRTEM等结构表征技术分析了材料的晶体结构。此外，研究人员还论证了阴离子交换反应能够调控纳米线的光学性质。强大的量子限域效应与带隙调控相结合使得这些超细纳米线能够作为研究一维钙钛矿卤化物量子限域效应的理想模型。

文献链接：Ultrathin Colloidal Cesium Lead Halide Perovskite Nanowires（JACS, 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b08373）

该文献汇总由材料人编辑部学术组John-chern供稿，材料牛编辑整理。

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