发光材料前沿每周精选丨0506-0512

纳米人

2019-05-16

1. 戴志飞ACS Nano：基于生物发光和荧光共振能量转移的纳米气泡超声造影剂用于炎症成像

炎症是一种免疫反应，包括神经退行性疾病和癌症等各种炎症性疾病。利用鲁米诺试剂可检测炎症区域内过氧化物酶(MPO)活性。然而，这种方法往外组织穿透率低且空间分辨率差。北京大学戴志飞团队通过将生物发光共振能量转移(BRET)和荧光共振能量转移(FRET)相结合，制备了一种掺杂了两种亲脂染料的纳米气泡(NB)。实验在脂多糖诱导的炎症模型中证明了这种BRET-FRET策略能够使得可被检测的发射光增加24倍。此外，BRET-FRET NBs也可以利用高空间分辨率的超声成像对灌注后的组织微血管进行成像。与市场上的超声造影剂相比，BRET-FRET NBs具有更强的对比度增强能力。研究利用该生物荧光/超声双模态造影剂对乳腺癌动物模型进行了成功的显像，且具有很好的生物安全性。这一研究通过结合生物发光成像和超声成像的优点，有望解决炎症成像面临的诸多难题。

Renfa Liu, Jie Tang, Zhifei Dai. Bioluminescence Imaging of Inflammation in Vivo Based on Bioluminescence and Fluorescence Resonance Energy Transfer Using Nanobubbles Ultrasound Contrast Agent. ACS Nano. 2019

DOI: 10.1021/acsnano.8b08359

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.8b08359

2. Nano Lett.：异质光子再循环和电荷扩散增强了准二维钙钛矿膜中的电荷传输

向钙钛矿材料中添加大的疏水性间隔阳离子显著提高了钙钛矿光伏电池的环境稳定性。然而，材料内部的二维结构的相关形成可导致介电限制，高的激子结合能，宽的带隙和有限的电荷 - 载流子迁移率。近日，牛津大学Laura M. Herz联合南京工业大学Jianpu Wang研究团队表明这种效应对精心制备的薄膜（基底一侧准2D区域，薄膜外侧附近主要是3D区域），电荷传输是没有害处。当准2D或3D层被选择性激发时，研究人员应用时间分辨光致发光和光电导光谱的组合来揭示电荷 - 载流子复合和通过膜轮廓的传输。通过对记录的动力学进行建模，研究人员证明了在准2D区域内虽然电荷载流子迁移率较低，但电荷载流子向3D相的扩散导致光电导率的快速恢复，即使准2D区域最初是光激发的。 另外，源自准2D区域的蓝移发射与3D钙钛矿的吸收光谱显着重叠，允许高效的“异质光子再循环”。研究人员表明，这种组合完全补偿了电子限制的不利影响，产生具有高效电荷传输性质的准2D钙钛矿。

Motti, S. G. Herz, L. M. Wang, J. et al. Heterogeneous Photon Recycling and Charge Diffusion Enhance Charge Transport in Quasi-2D Lead-Halide Perovskite Films. Nano Lett. 2019.

DOI:10.1021/acs.nanolett.9b01242

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.nanolett.9b01242

3. AOM：两步法制膜助力高效混合2D/3D钙钛矿LED

具有自组装量子阱的混合2D / 3D钙钛矿膜显著改善了钙钛矿发光二极管（PeLED）的性能。近日，IMEC Weiming Qiu联合浙大Hongzheng Chen通过两步法制备这种薄膜(先旋涂混合BABr和PbBr的溶液，退火完后，旋涂FABr的溶液)，并深入研究了该膜组成，形态，光电性质以及器件性能。通过优化溶液中BABr：PbBr₂的比例，器件的最大外量子效率（EQE）为7.36％，在5 V时的亮度为37 720 cd m^-2。性能显著高于没有BABr的对照组（5 V时最大EQE为2.53％，亮度为6190 cd m^-2)。降该方法的进一步扩展到另一种大阳离子配体，4-氟 - 苄基溴化铵（ F-BZABr），实现最大的EQE为8.55％。这项工作表明两步制备的混合2D / 3D钙钛矿有望用于高效绿色PeLED。

Yan, J. Chen, H. Qiu, W. et al. Exploiting Two‐Step Processed Mixed 2D/3D Perovskites for Bright Green Light Emitting Diodes. AOM 2019

DOI:10.1002/adom.201900465

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201900465

4. 卡文迪许实验室Nature Commun.：共轭聚合物二极管中的高迁移率，无陷阱电荷传输

传统上认为共轭聚合物半导体中的电荷传输受限于通过显着的能量紊乱的低迁移率方案。最近，通过开发低无序共轭聚合物在推进场效应晶体管中的载流子迁移方面取得了进展。然而，在二极管中，这些聚合物迄今未显示出明显改善的迁移率。在二极管中，较低的载流子浓度可用于填充状态密度中的残余尾状态。卡文迪许实验室Mark Nikolka 和Henning Sirringhaus团队研究表明，低失调聚合物中的大量电荷传输受到水诱导陷阱状态的限制，并且通过将小分子添加剂掺入聚合物薄膜中可以显着降低它们的浓度。在掺入添加剂后，实现了类似于分子单晶的空间电荷限制电流特性，例如红荧烯具有高达0.2 cm²/Vs的高无陷阱SCLC迁移率。

Nikolka, M.; Broch, K.; Armitage, J.; Hanifi, D.; Nowack, P. J.; Venkateshvaran, D.; Sadhanala, A.; Saska, J.; Mascal, M.; Jung, S.-H.; Lee, J. K.; McCulloch, I.; Salleo, A.; Sirringhaus, H., High-mobility, trap-free charge transport in conjugated polymer diodes. Nat. Commun. 2019, 10 (1), 2122.

Doi.org/10.1038/s41467-019-10188-y.

https://doi.org/10.1038/s41467-019-10188-y

5. AM：路易斯酸锌Zn(C₆F₅)₂添加助力有机晶体管的空穴迁移率超过20 cm² V^-1 s^-1

有机路易斯酸三（五氟苯基）硼烷[B(C₆F₅)₃]添加剂可提升各种光电/电子器件（包括发光二极管，太阳能电池和有机薄膜晶体管（OTFT））的操作特性和性能。然而，迄今为止大多数工作仅限于B(C₆F₅)₃。近日，阿卜杜拉国王科技大学Alexandra F. Paterson和Thomas D. Anthopoulos研究团队使用双（五氟苯基）锌[Zn(C₆F₅)₂]作为小分子的高空穴迁移率OTFT中的替代路易斯酸添加剂。材料和器件特性的证明Zn(C₆F₅)₂具有同时作为p-掺杂剂和微观结构改性剂的作用。正是这些协同效应的组合导致OTFT具有21.5cm² V^-1s^-1的最大空穴迁移率值。这项工作不仅突出了Zn(C₆F₅)₂作为下一代光电子器件的有希望的新添加剂，而且为寻找高迁移率有机半导体开辟了新的途径。

Paterson, A. P. Anthopoulos, T. D. et al. Addition of the Lewis Acid Zn(C₆F₅)₂ Enables Organic Transistors with a Maximum Hole Mobility in Excess of 20 cm2 V⁻¹ s⁻¹. AM 2019.

DOI:10.1002/adma.201900871

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201900871

6. 香港城市大学ACS Nano：气-液-固直接合成全无机钙钛矿纳米线，用于光电器件

可控合成卤化铅（LHP）纳米结构不仅有利于基础研究，而且还为应用提供了希望。在许多合成技术中，虽然气-液-固（VLS）催化生长被认为是实现高质量纳米结构的有效途径，但到目前为止，由于钙钛矿中出现的挑战，目前还没有关于VLS生长的LHP纳米材料合成的详细报道。香港城市大学Johnny C. Ho团队开发了单晶全无机卤化铅钙钛矿（即CsPbX₃; X = Cl，Br或I）纳米线（NW）的直接VLS生长技术。这些NW表现出高性能的光电探测，响应度超过4489 A/W，可见光的探测能力超过7.9×10¹²琼斯，。还制造了基于单个CsPbX₃ NW的场效应晶体管（FET），显示出高达3.05 cm² / Vs的优异空穴迁移率，高于其他全无机LHP器件。这项工作为进一步改善这些钙钛矿纳米结构的利用提供了重要的思路。

Meng, Y.; Lan, C.; Li, F.; Yip, S.; Wei, R.; Kang, X.; Bu, X.; Dong, R.; Zhang, H.; Ho, J. C. Direct Vapor-Liquid-Solid Synthesis of All-Inorganic Perovskite Nanowires for High-Performance Electronics and Optoelectronics. ACS Nano 2019.

Doi:10.1021/acsnano.9b02379.

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/pdfplus/10.1021/acsnano.9b02379

7. 蔚山科学技术大学AFM：不怕水！在水中生长二维和准二维卤化物钙钛矿

蓝光发射二维（2D）和准二维层状卤化物钙钛矿（LHP）在固态照明应用中受到关注，但其在潮湿条件下的脆弱稳定性是实际应用中最紧迫的问题之一。由于具有水敏感性/不稳定性， 水稳定的蓝光发射2D和准2D LHP目前还未报道。蔚山科学技术大学Kwang S. Kim团队首次报道了在水中易于合成的16种有机-无机杂化化合物，并表征和光学性质。这包括2D（A'）₂PbX₄（A'=丁基铵，X = Cl/Br/ I）（8种化合物），3D钙钛矿（4）和准2D（A'）_pA_x-1B_xX_{3x + 1} LHPs（4）。LHP的成分和尺寸都可以在水中调整。此外，在准2D钙钛矿中观察到双发射性质，其中两个光致发光（PL）峰的强度由2D和3D无机层控制。即使在数月之后，Pb（OH）₂保护的2D和准2D钙钛矿在水中也非常稳定。

Jana, A., Ba, Q., Kim, K. S., Compositional and Dimensional Control of 2D and Quasi‐2D Lead Halide Perovskites in Water. Adv. Funct. Mater. 2019, 1900966.

Doi.org/10.1002/adfm.201900966.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201900966

8. Nature Commun.：通过钙钛矿超颖表面，共振增强的三光子发光进行光学编码

卤化铅卤化物已成为光伏和光电器件的有希望的材料。然而，其特殊非线性特性尚未在纳米光子学中得到充分利用。哈尔滨工业大学深圳研究生院 Qinghai Song, Shumin Xiao和新加坡国立大学Cheng-Wei Qiu研究了MAPbI₃钙钛矿超颖表面及其内部非线性过程。虽然产生了三次谐波产生和三光子发光，但后者受材料损失的影响较小，并且显着增强了60倍。相应的模拟显示，改善是由共振增强引起的。这种共振增强的三光子发光使钙钛矿超颖表面有望应用于高分辨率非线性彩色纳米印刷和光学编码。仅当入射激光器处于共振时，编码信息“NANO”才可见。非共振泵浦和单光子激发仅产生均匀的暗或光致发光背景。

Fan, Y.; Wang, Y.; Zhang, N.; Sun, W.; Gao, Y.; Qiu, C.-W.; Song, Q.; Xiao, S. Nat. Commun. 2019, 10, 2085.

Doi:10.1038/s41467-019-10090-7.

https://doi.org/10.1038/s41467-019-10090-7

9. Nature Nanotech.：二硫化物纳米盘作为高折射率电介质Mie纳米谐振器

单层过渡金属二硫化物（TMDCs）可用于先进光学和电子功能的激子平台。然而，尽管进行了大量的研究工作，但尚未广泛认识到TMDC还具有高折射率，这种特性开辟了利用它们构建亚波长几何模式的共振纳米天线的可能。近日，查尔姆斯理工大学Mikael Käll和Timur Shegai研究团队展示了剥离多层WS₂制成的纳米盘，可支持不同的Mie共振和anapole状态，通过改变纳米盘尺寸和纵横比，可以在可见光和近红外范围内调谐波长。此外，研究人员还展示了一种新的光物质相互作用 -anapole-激子极化子。研究人员认为TMDC材料各向异性和激子的存在丰富了传统的高折射率材料和/或等离子体激元的传统纳米光子学方法。

Verre, G. Käll, G. Shegai , T. Transition metal dichalcogenide nanodisks as high-index dielectric Mie nanoresonators. Nature Nanotechnology 2019.

DOI:10.1038/s41565-019-0442-x

https://www.nature.com/articles/s41565-019-0442-x.pdf

10. 洪茂椿院士团队AM：从不发光到蓝色发光的Cs₄PbBr₆纳米晶

洪茂椿院士和刘永升等人提出了一种简单但有效的Sn阳离子掺杂策略，以制备蓝色光谱区域中0D Cs₄PbBr₆钙钛矿纳米晶体（NCs）。该方法使得理论上不发光的0D Cs₄PbBr₆钙钛矿型NCs（绝缘体带隙，≈3.96 eV）在437 nm左右具有超长蓝光发射（≈2.87 eV，半高全宽，12nm）。

Zou, S., Liu, C., Li, R., Jiang, F., Chen, X., Liu, Y., Hong, M., From Nonluminescent to Blue‐Emitting Cs4PbBr6 Nanocrystals: Tailoring the Insulator Bandgap of 0D Perovskite through Sn Cation Doping. Adv. Mater. 2019, 1900606.

Doi.org/10.1002/adma.201900606.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201900606