【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】鈣鈦礦材料因其優(yōu)異的光電性能，如強吸收系數(shù)、可調(diào)帶隙、可溶液加工性以及高缺陷容忍度等，正引領半導體技術的新一輪革新。尤其在發(fā)光應用方面，鈣鈦礦發(fā)光二極管(PeLED)在紅光和綠光區(qū)域已實現(xiàn)超過30%的外量子效率(EQE)。然而，高效且穩(wěn)定的藍光PeLED發(fā)展仍顯著滯后，成為制約其全彩顯示與照明技術應用的關鍵瓶頸。在眾多技術路線中，低維(尤其是準二維)鈣鈦礦被視為實現(xiàn)高效藍光發(fā)射的理想體系，而其中有機間隔物的理性設計與性能調(diào)控起著決定性作用。
 

　　針對這一前沿難題，吳朝新教授團隊通過系統(tǒng)性的“有機間隔物功能化”工程，在調(diào)控藍光準二維全溴鈣鈦礦光電性能過程中，揭示了光致發(fā)光(PL)與電致發(fā)光(EL)性能的“差異化調(diào)控”現(xiàn)象。研究團隊設計并合成了一系列具有不同共軛程度與氟取代基的新型炔類銨鹽(苯丙炔溴化銨PPYABr，單氟代苯丙炔溴化銨FPPYABr，三氟代溴化銨3FPPYABr)，并與傳統(tǒng)的非共軛苯乙基溴化銨(PEABr)以及低共軛苯丙烯溴化銨(PPABr)進行了系統(tǒng)對比。研究發(fā)現(xiàn)，隨著間隔物從PEABr逐步演進至3FPPYABr，分子共軛性與偶極矩不斷增強，對鈣鈦礦的PL和EL性能產(chǎn)生了顯著不同的影響：EL性能隨著功能化程度線性提升，基于最優(yōu)間隔物3FPPYABr的藍光PeLED實現(xiàn)了12.26%的EQE，遠優(yōu)于參照器件的5.22%。這一突破主要得益于功能化間隔物帶來的缺陷鈍化、薄膜形貌優(yōu)化及能級排列改善，特別是顯著增強了載流子(尤其是電子)的注入與傳輸能力。值得關注的是，PL性能并未同步提升，而是呈現(xiàn)先下降后回升的“V型”變化趨勢。該現(xiàn)象主要源于相分布變化：共軛增強促進了低激子結合能三維相的生長，從而抑制了輻射復合；而后續(xù)氟化工程則有效優(yōu)化了相分布，恢復發(fā)光性能。該研究明確了偶極矩與官能團在調(diào)控光電性能中的不同作用，打破了“光學與電學性能必須同步優(yōu)化”的傳統(tǒng)觀念，實現(xiàn)了二者的分路徑精細調(diào)控。這一發(fā)現(xiàn)為準二維鈣鈦礦中有機間隔物的理性設計提供了重要的構效關系與理論指導。
 

　　該工作以《通過間隔物共軛和氟化實現(xiàn)天藍光準二維鈣鈦礦的差異化光電調(diào)節(jié)》(Divergent Optoelectronic Tuning in Sky-Blue Quasi-2D Perovskites via Spacers Conjugation and Fluorination)為題，近期發(fā)表于國際頂級期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)。課題組博士生賀帥旗為第一作者，袁方副教授和吳朝新教授為共同通訊作者。西安交通大學為第一作者單位和通訊作者單位。該工作得到了國家自然科學基金、陜西省自然科學基礎研究計劃、陜西省重點研發(fā)計劃的資助，論文測試表征得到了西安交通大學大型儀器設備共享測試中心的支持。吳朝新教授團隊長期從事新型功能材料的“電-光”與“光-電”物理機制及其器件應用如發(fā)光二極管、太陽能電池、光電探測器等方面的研究。