Làm phong phú các vị trí neo thông qua liên kết halogen siêu phân tử cho đèn LED tinh thể nano perovskite hiệu quả
bởi TranSpread
Vai trò của phối tử đa chức năng. Nhà cung cấp: Ánh sáng: Khoa học & Ứng dụng (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01266-4
Các hạt nano bán dẫn keo có thể được xem như một phức hợp của lõi đơn tinh thể vô cơ và một lớp phối tử hữu cơ. Vị trí và loại phối tử neo trên bề mặt tinh thể nano rất quan trọng đối với hình thái tinh thể nano, kích thước, kiểu liên kết, quá trình hấp phụ-giải hấp và độ ổn định tổng thể, tính chất quang điện tử, v.v..
Đặc biệt trong các tinh thể nano perovskite (PNC) có bản chất là mạng mềm, môi trường liên kết của các nhóm chức phối tử đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc xác định tính chất quang điện tử và độ ổn định của PNC.
Tuy nhiên, sự tương tác giữa các nhóm chức năng và vị trí neo cũng như các đặc tính hiệp đồng và lực đẩy giữa các nhóm chức năng vẫn chưa được hiểu đầy đủ, điều này cản trở việc thiết kế lý tưởng hóa các vật liệu và thiết bị PNC hiệu suất cao.
Trong một bài báo gần đây được xuất bản trên tạp chí Ánh sáng: Khoa học & Ứng dụng, một nhóm các nhà khoa học, dẫn đầu bởi Giáo sư Yu Zhang, từ Phòng thí nghiệm Quang điện tử Tích hợp Trọng điểm Nhà nước và Trường Cao đẳng Khoa học và Kỹ thuật Điện tử, Đại học Cát Lâm, Trung Quốc và các đồng nghiệp đã tiết lộ cách neo mới (liên kết halogen siêu phân tử) trên bề mặt tinh thể nano perovskite (PNC) bằng cách sử dụng phối tử triphenylphosphine (TPP) cổ điển và dẫn xuất của nó 2-(Diphenylphosphino)-biphenyl (DPB).
“Người ta phát hiện ra rằng, ngoài tương tác phối hợp P-Pb được coi là thông thường, P và I còn có thể hình thành tương tác liên kết halogen bất ngờ”. Các tác giả đã mô tả sâu sắc vấn đề này bằng cách kết hợp quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân, quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) và quang phổ quang điện tử tia X.
"Có sự thay đổi hóa học trong TPP-CsPbI3 so với TPP, cho thấy các nhóm chức năng chứa P trong TPP tương tác với bề mặt của CsPbI3 PNC, dẫn đến sự thay đổi trong môi trường phối hợp của P.
"Phổ FTIR của các PNC thụ động hóa TPP cũng hiển thị thêm hai đỉnh 2 và 3, nhưng chúng dịch chuyển lần lượt là 542 cm-1 và 1120 cm-1. Điều này cho thấy rằng tương tác siêu phân tử IP...P trong CsPbI3 PNC thụ động TPP tương tự nhưng không giống với TPP-I2, được cho là do môi trường hóa học khác nhau của các nguyên tử I trong I2 và CsPbI3.
"Phổ Pb 4f của màng PNC thụ động TPP và DPB chuyển sang năng lượng liên kết cao hơn do liên kết mạnh giữa các nhóm chức năng Pb và P. Phổ I 3d của màng PNC thụ động TPP và DPB chuyển sang năng lượng liên kết thấp hơn, điều này có thể được coi là kết quả của sự tương tác giữa nguyên tử nucleophilic P trong TPP hoặc DPP với I trong PNC để cung cấp electron cho vùng electrophilic của I”, các nhà nghiên cứu cho biết.
Sự cùng tồn tại của hai loại liên kết trên làm tăng đáng kể năng lượng hình thành của khuyết tật khuyết iốt và cải thiện hiệu suất lượng tử phát quang của PNC. Trong khi đó, sự tương tác trực tiếp giữa P và I đã tăng cường tính ổn định của bát diện Pb-I và ức chế đáng kể sự di chuyển của các ion I.
Ngoài ra, bản chất liên hợp của các vòng benzen cũng được khám phá, chỉ ra rằng việc đưa thêm các vòng benzen (DPB) làm tăng tính chất định vị của bề mặt PNC và cải thiện đáng kể sự vận chuyển điện tích giữa các PNC.
Họ cho biết thêm: “Cuối cùng, đèn LED phát sáng thụ động dựa trên PNC BPB đã đạt được EQE cao nhất là 22,8% và mức giảm hiệu suất cực thấp là 2,6% ở mật độ hiện tại là 500 mA cm-2”.
Các nhà khoa học dự báo: "Việc lựa chọn các vị trí neo đa chức năng mang lại một chiến lược mới để cải thiện các đặc tính quang điện tử của PNC và thiết bị".
