武汉理工刘勇/复旦赵东元团队：表面功能化介孔二氧化硅纳米球中原位生长及二氧化硅封装提升CsPbBr3钙钛矿量子点稳定性与发光效率

纳米人

2025-04-16

全无机卤化铅钙钛矿量子点（CsPbX₃，X=Cl、Br、I）具有高发光效率、窄光谱发射、可调带隙及优异载流子迁移率等特性，其光学性能通过量子限域效应实现调控，适用于LED、激光器、太阳能电池等光电器件。然而，此类材料在湿度、高温、光照等环境下易因离子迁移、表面缺陷和相变引发结构降解，导致发光性能下降，严重限制其实际应用。

为提升钙钛矿量子点的稳定性，研究者已开发出多种策略，包括有机配体表面钝化、聚合物封装及保护性基体嵌入等技术。其中，多孔基体封装因其能有效隔绝环境侵蚀而成为重要方向。介孔SiO₂、介孔氧化铝及金属有机框架（MOFs）等多孔载体通过物理屏障作用保护量子点，同时保持其光电特性。武汉理工大学刘勇和复旦大学赵东元团队前期开发的单颗粒CsPbBr₃@TiO₂核壳结构合成技术，使用一种通用的配体辅助包覆方法，通过三辛基膦（TOP）修饰油酸铯前驱体，实现了TiO₂壳层从非对称Janus包覆到对称全包覆的精准控制，显著提升了量子点的水稳定性与光电性能，锐钛矿TiO₂不仅有效保护CsPbBr₃纳米晶免受结构分解，还促进载流子传输，为光伏器件应用提供优势。

然而，现有技术仍面临量子点负载量不足的瓶颈，而高负载量是实现复合材料性能优化的关键。    

现在他们进一步提出一种原位生长策略，构建具有高负载量、高稳定性与高荧光效率的CsPbBr₃/s-MSNs@SiO₂核-壳-壳纳米结构。通过氨基与羧基功能化修饰介孔二氧化硅纳米球（s-MSNs），在其均匀分布的孔道内原位生长钙钛矿量子点，实现28.3%的负载量（显著高于MOFs或介孔氧化铝等基体）。借助硅前驱体水解形成SiO₂外壳封装，构建的核壳结构不仅密封介孔、隔绝湿气/高温/光照等环境因素，还通过表面缺陷钝化机制使光致发光量子产率提升至90.0%。相较于热稳定性差且易导致PLQY衰减的聚合物封装方法，该策略在保持高效率的同时确保了长期稳定性。这种集成化设计简化了合成流程，避免了量子点团聚，并解决了传统核壳材料中普遍存在的缺陷相关难题，为钙钛矿基光电器件（如荧光防伪）建立了高效技术平台。该功能化介孔二氧化硅封装策略在量子点复合体系的高性能与结构稳定性平衡方面实现了重要突破。

相关研究成果以“Enhanced Stability and Luminescence Efficiency of CsPbBr₃ PQDs via In-Situ Growth and SiO₂ Encapsulation in Surface-Functionalized Mesoporous Silica Nanospheres”为题，于近日发表在Small上。武汉理工大学刘勇教授和复旦大学赵东元院士为通讯作者，张琦、王小倩和阙家乾为共同第一作者。

相关链接：

Q. Zhang, X. Wang, J. Que, J. He, C. Peng, Y. Jiao, D. Zhao, D. Liu, H. Li, Z. Tang, C. Liu, M. Liu, K. Song, D. Zhao, Y. Liu, Enhanced Stability and Luminescence Efficiency of CsPbBr₃PQDs via In Situ Growth and SiO₂ Encapsulation in Surface-Functionalized Mesoporous Silica Nanospheres. Small 2025, 2412581.            
https://doi.org/10.1002/smll.202412581.

J. He, W. Liu, Z. Hu, X. Wang, J. Liu, Z. Yin, Z. Xu, H. Li, Z. Deng, J. Zou, K. Song, D. Zhao, Y. Liu, Well-Dispersed CsPbBr₃@TiO₂ Heterostructure Nanocrystals from Asymmetric to Symmetric. Small 2024, 2406783.           
https://doi.org/10.1002/smll.202406783.