Berigelse af forankringssteder via supramolekylære halogenbindinger til effektive perovskit nanokrystal LED'er

Kolloide halvledernanopartikler kan ses som et kompleks af en uorganisk enkeltkrystalkerne og et monolag af organiske ligander. Placeringen og typen af ​​ligandforankring på nanokrystaloverfladen er afgørende for nanokrystallernes morfologi, størrelse, bindingsmønstre, adsorptions-desorptionsprocesser og overordnet stabilitet, optoelektroniske egenskaber osv.

Især i perovskit nanokrystallerne (PNC'er) med naturen af ​​bløde gitter har bindingsmiljøet af ligandfunktionelle grupper spillet en afgørende rolle i bestemmelsen af ​​de optoelektroniske egenskaber og stabiliteten af ​​PNC'er.

Interaktionen mellem funktionelle grupper og forankringssteder samt de synergistiske og frastødende egenskaber mellem funktionelle grupper er dog endnu ikke fuldt ud forstået, hvilket hindrer det idealiserede design af højtydende PNC-materialer og -enheder.

I et nyligt papir offentliggjort i Light:Science &Applications , et team af videnskabsmænd, ledet af professor Yu Zhang, fra State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics og College of Electronic Science and Engineering, Jilin University, Kina og kolleger har afsløret nye forankringssteder (supramolekylære halogenbindinger) på overfladen af ​​perovskit nanokrystaller (PNC'er) ved at anvende den klassiske triphenylphosphin (TPP) ligand og dens derivat 2-(Diphenylphosphino)-biphenyl (DPB).

"Det er fundet, at ud over den konventionelt betragtede P-Pb-koordinationsinteraktion kan P og I også danne en uventet halogenbindingsinteraktion." Forfatterne har karakteriseret dette i dybden ved at kombinere nuklear magnetisk resonansspektroskopi, Fourier transform infrarød spektroskopi (FTIR) og røntgenfotoelektronspektroskopi.

"Der er et kemisk skift i TPP-CsPbI₃ sammenlignet med TPP, hvilket indikerer, at de P-holdige funktionelle grupper i TPP interagerer med overfladen af ​​CsPbI₃ PNC'er, hvilket resulterer i en ændring i koordinationsmiljøet for P.

"FTIR-spektret af TPP-passiverede PNC'er viser også to yderligere toppe 2 og 3, men de skifter til 542 cm ^-1 og 1120 cm ^-1 , henholdsvis. Dette tyder på, at I ^... P supramolekylær interaktion i TPP passiveret CsPbI₃ PNC'er ligner, men ikke identiske med, TPP-I2, som tilskrives det forskellige kemiske miljø af I-atomer i I₂ og CsPbI₃ .

"Pb 4f-spektrene for TPP- og DPB-passiverede PNC-film skifter til den højere bindingsenergi på grund af den stærke binding mellem Pb- og P-funktionsgrupperne. I 3d-spektrene for TPP- og DPB-passiverede PNC-film skifter til den lavere bindingsenergi, hvilket kan betragtes som resultatet af interaktionen af ​​det nukleofile atom P i TPP eller DPP med I'et i PNC'er for at give elektroner til den elektrofile region af I," siger forskerne.

Sameksistensen af ​​de ovennævnte to typer binding øgede signifikant dannelsesenergien af ​​ledige joddefekter og forbedrede fotoluminescenskvanteudbyttet af PNC'er. I mellemtiden øgede den direkte interaktion mellem P og I stabiliteten af ​​Pb-I oktaedrene og hæmmede dramatisk migrationen af ​​I-ioner.

Derudover er den konjugerede natur af benzenringe også undersøgt, hvilket indikerer, at introduktionen af ​​yderligere benzenringe (DPB) øger de delokaliserede egenskaber af PNC-overfladen og væsentligt forbedrer ladningstransporten mellem PNC'er.

"Endelig opnåede de BPB-passiverede PNC-baserede top-emitterende LED'er en peak EQE på 22,8 % og en ekstrem lav effektivitets-roll-off på 2,6 % ved strømtætheden på 500 mA cm ^-2 ," tilføjede de.

"Udvalget af multifunktionelle forankringssteder giver en ny strategi til forbedring af de optoelektroniske egenskaber af PNC'er og enheder," forudser forskerne.

Flere oplysninger: Po Lu et al, Berigelse af forankringssteder ved at introducere supramolekylære halogenbindinger til de effektive perovskit nanokrystal LED'er, Light:Science &Applications (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01266-4

Journaloplysninger: Lys:Videnskab og applikationer

Leveret af TranSpread