NML综述 | 争议与挑战: 低维含铅卤化物钙钛矿中发光中心和边界态的起源

2  评估实验证据，并讨论质疑和争议的根本原因。

3  提出了新的实验技术来解决这些争议，并确定了发光中心的性质。

二维宽带隙CsPb2Br5的发光状态

CsPb₂Br₅为层状卤化铅结构，Pb-Br骨架由Cs层分隔(图2a)。Zhang等人率先报道了CsPb₂Br₅对3D全无机钙钛矿CsPbBr₃的有益作用：CsPb₂Br₅纳米颗粒与CsPbBr₃纳米晶体的结合，使CsPbBr₃的PL提高了数倍，CsPbBr₃发光二极管(led)的外部量子效率提高了50%。

图2b、c显示，超过90%的CsPbBr₃被CsPb₂Br₅纳米颗粒所覆盖，但CsPb₂Br₅/CsPbBr₃的荧光和荧光量子产率几乎与纯CsPbBr₃纳米晶体相同。

从图2d、e可以看出，这些纳米颗粒并不是单相的，高分辨率透射电镜可以看出，它们是CsPb₂Br₅/CsPbBr₃纳米复合材料，具有黑色的较小的CsPb₂Br₅纳米晶与较大的CsPbBr₃纳米颗粒相连接。

图2 a) 正方CsPbBr₃和正方CsPb₂Br₅晶体结构示意图(蓝球:Cs⁺)。所有单元格参数的单位为埃米。b) CsPb₂Br₅纳米粒子包覆CsPbBr₃纳米晶的比例及其荧光量子产率(PLQY)。c ) CsPb₂Br₅/CsPbBr₃复合材料的吸收和荧光光谱。插图展示了在四颈烧瓶中获得的产品，以及CsPb₂Br₅/CsPbBr₃在紫外光激发下沉积在玻璃和管上的发光情况。d) 不同放大倍数下全无机CsPb₂Br₅/CsPbBr₃纳米复合材料的透射电镜图像。e) 黑点是CsPb₂Br₅纳米粒子。

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卤化铅钙钛矿发光中心起源的问题与挑战

利用DFT对卤化铅钙钛矿的基本性质和预期的本征点缺陷进行了广泛的研究。首次尝试用局部密度泛函(LDA)和广义梯度近似(GGA)作为GGA-PBE计算卤化铅钙钛矿的带隙结构，得到了与实验值一致的带隙值。

在GGA-PBE计算中必须包含强自旋轨道耦合(SOC)，而在卤化铅钙钛矿中由于铅是一种重金属，具有强SOC，因此导致了对这些材料中带隙值的严重低估。这也显著影响了天然点缺陷(空位、间隙和反位)和缺陷复合物的能量计算。不同缺陷相对于禁带边缘的能级位置随SOC的激活而变化，这使得将某些缺陷指定为深间隙发光中心的说法存疑。

作者简介

包吉明

（本文通讯作者&第一作者）

教授、博士生导师

美国休斯顿大学电子工程系

主要研究方向：

表面等离子共振和光学成像生物探测，过渡金属氧化物光解水，半导体纳米线光电材料与器件，光纤传感器及钙钛矿材料光电性能等。

其课题组作为世界领先研究团队，首先发现并揭示了激光导流液体现象，解释了二维铅卤化物钙钛矿发光机理。率先发现并解释了二维过渡金属二卤化物共振发光及吸收共振现象，通过CVD首次合成单层及扭曲双层石墨烯。

E-mail: jbao@central.uh.edu