发光材料前沿每周精选丨0513-0519

纳米人

2019-05-24

1. AM：共轭聚合物纳米颗粒用于对脑和肿瘤血管的高分辨率三维近红外II区光声成像

外源性造影剂辅助的近红外II区高分辨光声显微镜成像(ORPAMI)具有深度穿透、高信噪比(SBR)和高成像分辨率等优点，有望可以用于对广域三维生物结构进行研究。新加坡国立大学刘斌教授团队报道了利用近红外II区共轭聚合物纳米颗粒(CP NP)进行ORPAMI可以用于对大脑和肿瘤血管的定位。CP NPs1161 nm波长具有48.1 L g^-1的消光系数，其PA敏感性高达2µg mL^-1。实验证明，利用CP对小鼠耳朵的三维ORPAMI可以清晰地显示出规则的血管结构，在最大成像深度为539 μm时SBR为29.3 dB，分辨率为19.2 μm。通过三维血管成像，可以清晰地勾画出致密血管构成的耳肿瘤的边缘。此外，该方法可以穿过完整的颅骨，实现清晰的三维全皮质脑血管结构成像，具有成像面积大(48 mm^-2)、分辨率高(25.4 μm)和SBR高(22.3 dB)的优势。这一研究结果显著优于最近报道的三维近红外II区荧光共聚焦血管成像，也为近红外II区ORPAMI的生物医学应用开辟了新的途径。

Bing Guo, Chengbo Liu, Bin Liu. et al. High-Resolution 3D NIR-II Photoacoustic Imaging of Cerebral and Tumor Vasculatures Using Conjugated Polymer Nanoparticles as Contrast Agent. Advanced Materials. 2019

DOI: 10.1002/adma.201808355

https://doi.org/10.1002/adma.201808355

2. Nature Mater.：用于量子光子器件的半导体纳米结构的液滴外延

长期以来梦想的“量子互联网”将由量子节点（固态或原子系统）网络组成，这些节点通过飞行量子位连接，自然地基于光子，以光速长距离传播，具有可忽略的退相干。关键部件是光源，能够提供单个或纠缠的光子对。在不同平台中，半导体量子点（QD）非常具有吸引力，因为它们可以与小型化芯片中的其他光子和电子元件集成。在20世纪90年代早期，科研人员开发了两种方法来合成自组装外延半导体QD，或“人造原子” - 即Stranski-Krastanov（SK）和液滴外延（DE）方法。由于其坚固性和简单性，SK方法在基础和技术领域中成为取得多项突破的主力。然而，对特定发射波长或结构和光学性质的需求促使对DE方法及其最近的发展，局部液滴蚀刻（LDE）的进一步研究成为获得高质量半导体纳米结构的补充途径。最新的研究表明DE和LDE量子点可以补充（有时甚至优于）传统的SK InGaAs量子点作为量子发射体。近日，米兰大学Stefano Sanguinetti研究团队对DE和LDE的现状进行了一次批判性调查，突出了量子通信和技术应用中的优势和劣势，成就和挑战。

Gurioli, M. Sanguinetti, S. et al. Droplet epitaxy of semiconductor nanostructures for quantum photonic devices. Nature Materials 2019.

DOI:10.1038/s41563-019-0355-y

https://www.nature.com/articles/s41563-019-0355-y.pdf

3. Nature Mater.：甲脒溴化铅钙钛矿纳米晶体的基态激子态是单态暗态

卤化钙卤化物已成为用于高效光伏，发光应用和量子光学技术的有前景的新型半导体材料。它们的发光特性受到被称为激子的束缚电子 - 空穴对的形成和辐射复合的控制，其基态的明亮或黑暗特征仍然未知和争论。虽然对称性分析预测单重非发射ground exction顶部有明亮的激子三重态，但据预测Rashba效应可能会逆转亮暗级别的排序。近日，波尔多大学Brahim Lounis研究团队提供了在磁场下单甲脒溴化铅钙钛矿纳米晶体的低温光致发光中暗激子发射的直接光谱特征。暗单线位于明亮的三重态下方几个电子伏特，与远程电子 - 空穴交换相互作用的估计完全一致。然而，这些钙钛矿显示出强烈的发光，因为明亮到暗的声子辅助弛豫的极度减少。

Tamarat, P. Lounis, B. et al .The ground exciton state of formamidinium lead bromide perovskite nanocrystals is a singlet dark state. Nature Materials. 2019.

DOI:10.1038/s41563-019-0364-x

https://www.nature.com/articles/s41563-019-0364-x.pdf

4. Sargent最新ACS Energy Lett.：制备稳定的红外带隙量子点墨水

胶体量子点（CQD）受益于尺寸调整的带隙，可用于红外能量收集材料，并且可以和硅电池进行串联。然而，在CQD具有足够大（> 4 nm）的直径的情况下，使得纳米颗粒吸收光远远超过硅的带隙，传统的配体交换失败。Edward H. Sargent团队报道了一种策略，其中用作空间位阻控制剂的短链羧酸盐促进小带隙CQD上的配体交换过程。研究证明，当采用短羧酸盐时，用卤化铅阴离子代替原始封端配体的净能垒降低。该方法产生更完全的配体交换，从而提高填充密度和单分散性。与先前报道的最佳交换相比，这有助于陷阱状态密度降低。在激子峰处，实现高效的红外光子-电子转换效率的太阳能电池。

Liu, M., Che, F. et al. Controlled Steric Hindrance Enables Efficient Ligand Exchange for Stable, Infrared-Bandgap Quantum Dot Inks. ACS Energy Letters, 1225-1230, 2019.

Doi:10.1021/acsenergylett.9b00388.

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b00388

5. AM综述：封装法提高钙钛矿量子点的稳定性

金属卤化物钙钛矿量子点（PQD）具有优异的光学性能和直接可调谐带隙，强光吸收系数，高缺陷耐受性和低辐射复合率等特性，对现代光电器件极具吸引力。然而，尽管最近取得了快速进展，但PQD的稳定性问题仍然是这种新出现的材料的关键挑战。近日，南京邮电大学Runfeng Chen研究团队全面回顾了提高PQD稳定性的封装策略。特别强调封装的效果，从提高化学稳定性到抑制光诱导分解，到提高热稳定性。特别关注总结封装方法，包括溶胶 - 凝胶方法，模板方法，物理混合和微胶囊化。封装材料的选择原则，包括无机化合物的刚性晶格或多孔结构，氧气或水的低渗透率，以及聚合物的溶胀 - 消溶胀过程，都得到了系统的解决。特别是封装PQD的应用，其在白色发光二极管，激光器和生物应用中具有改进的稳定性。最后，研究人员还讨论了封装PQD的主要挑战和进一步的研究方向，以便进一步研究，以促进稳定的金属卤化物钙钛矿材料的发展。

Lv, W. Chen, R. et al. Improving the Stability of Metal Halide Perovskite Quantum Dots by Encapsulation. AM. 2019.

DOI:10.1002/adma.201900682

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201900682

6. JPCL：可控水相合成，室温长寿命发光的2D杂化钙钛矿

有机-无机杂化钙钛矿（OIHPs）表现出强的子隙宽带发光。然而，制备具有所需子间隙发射性质的OIHP的策略仍然难以实现。新加坡国立大学Goki Eda课题组合成了宽带发射单晶二维（2D）OIHP，平均量子产率> 80％。研究证明，宽带发射强度（BE）可以通过控制合成过程中的过量碘离子浓度来调节（碘来源于氢碘酸）。发射器表现出局部缺陷的特征，例如在高激发功率下有限的迁移率和饱和度。DFT计算证明了成键态的碘间隙是造成观察到的长寿命发光的原因。

Zhang, Q. et al. Controlled Aqueous Synthesis of 2D Hybrid Perovskites with Bright Room Temperature Long-Lived Luminescence. The Journal of Physical Chemistry Letters, 2019

Doi:10.1021/acs.jpclett.9b00934.

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.9b00934

7. JPCL：室温制备，超低阈值和颜色可调连续波的钙钛矿量子点

室温工作的连续波激光器已经在芯片光子学领域得到了广泛的应用。 连续波激光器的实现很大程度上依赖于增益材料的发展。迄今为止，目前的增益材料和商业要求之间仍存在巨大差距。北京理工大学钟海政课题组在分布式反馈腔上的聚丙烯腈薄膜中，合理设计的原位制备了钙钛矿量子点，并在室温下组装了连续波激光器。对于绿色，红色和蓝色激光器，实现的阈值分别为15 W/cm²、24 W/cm²和58 W/cm²，比常规CdSe量子点基连续波激光器的报道值低一个数量级。除了的高光致发光量子产率、光滑表面和高导热率外，超低激光阈值的关键是由于聚丙烯腈与钙钛矿的相互作用引起“电荷空间分离”效应。

Wang, L. et al. Ultralow-Threshold and Color Tunable Continuous-Wave Lasing at Room-Temperature from In-Situ Fabricated Perovskite Quantum Dots. The Journal of Physical Chemistry Letters, 2019

Doi:10.1021/acs.jpclett.9b00658.

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.9b00658

8. Adv. Sci.：超过20%！基于激态复合发光体OLED的最高效率

利用自然分离的前沿分子轨道，激基复合物能够用于有机发光二极管（OLED）的热活化延迟荧光发射器。而且，目前关于激态复合物发射器的关键问题是提高其激子利用率。鉴于此，成都电子科技大学Cai‐Jun Zheng, Si‐Lu Tao联合苏州大学Hong Zhang团队提出了构建具有三个组件的激态复合物发射器的策略，以实现多个反向系统间交叉（RISC）通道，通过增强非辐射三重态激子的上转换来提高它们的激子利用率。因此，在DBT-SADF，DBT-SADF：PO-T2T和CDBP：PO-T2T上分别用三个RISC通道构建三组分激基复合物DBT-SADF：PO-T2T：CDBP。此外，RISC工艺的光致发光量子产率和速率常数得到了成功的改善。在OLED中，DBT-SADF：PO-T2T：CDBP显示出极高的最大外量子效率（EQE）为20.5％，这是第一例基于激态复合发光体的EQE超过20％的OLED。

Zhang, M., Liu, W., Zheng, C.‐J., Wang, K., Shi, Y.‐Z., Li, X., Lin, H., Tao, S.‐L., Zhang, X.‐H., Tricomponent Exciplex Emitter Realizing over 20% External Quantum Efficiency in Organic Light‐Emitting Diode with Multiple Reverse Intersystem Crossing Channels. Adv. Sci. 2019, 1801938. Doi.org/10.1002/advs.201801938.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201801938

9. JPCL：15.4％效率，准二维钙钛矿LED

准二维（准2D）钙钛矿由于其自组装量子阱结构而是有效的发光材料。北京工业大学Jinxiang Deng和半导体所游经碧团队研究发现，有机阳离子对基于准二维钙钛矿的发光二极管（LED）的结构和性能有显着影响。研究人员选择两种经典的有机阳离子，甲脒（FA）和甲基铵（MA）进行研究。基于MA的准二维钙钛矿，具有最大的带隙n = 1相和光致发光量子产率（PLQY）高达85.3％，而在基于FA的准二维钙钛矿中几乎不存在这种n = 1相，PLQY为73.5％。然而，基于FA的钙钛矿的外部量子效率（15.4％）比发光二极管（LED）中基于MA的（0.93％）高得多。MA基钙钛矿的较低电致发光效率可归因于不良的空穴注入。这些结果表明，合理设计准二维钙钛矿对于高效LED的重要性。

Yang, X. et al. Effects of Organic Cations on the Structure and Performance of Quasi-Two-Dimensional Perovskite based Light-Emitting Diodes. The Journal of Physical Chemistry Letters，2019

Doi:10.1021/acs.jpclett.9b00910.

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.9b00910

10. CM综述：纳米晶和量子点钙钛矿太阳能电池

胶体钙钛矿纳米晶体由于其缺陷耐受性、低电压损失、带隙可调性以及在柔性基板上大规模生产和制造的潜力而引起了广泛关注。关于稳定性，制造，界面工程，载流子迁移率，效率和纳米晶体之间的电子耦合的问题尚未得到解决。阿卜杜拉国王科技大学Omar F. Mohammed等人讨论了含有基于模板和溶液加工的纳米晶的钙钛矿太阳能电池的发展，突出了实现具有理想带隙和改善的热，光和结构稳定性的钙钛矿组合物的策略。此外，概述了在光伏器件中利用钙钛矿纳米晶体的加工和界面工程方法，以研究未来研究方向和商业化的前景。

El-Ballouli, A. a. O., Bakr, O. M. & Mohammed, O. F. Compositional, Processing, and Interfacial Engineering of Nanocrystal- and Quantum-Dot-Based Perovskite Solar Cells. Chem. Mater., 2019.

Doi:10.1021/acs.chemmater.9b01268.

https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b01268