张玉微教授团队疏基与羧基双官能化短链配体后处理制备低阻抗、高发光效率及稳定型CsPbBr3量子点的研究



论文信息
【题目】疏基与羧基双官能化短链配体后处理制备低阻抗、高发光效率及稳定型CsPbBr3量子点的研究 (点击下载PDF)
【作者】蓝叶滢1, 梁显曦1, 张保华1,2*, 付宇轩1, 田语英1, 张玉微1,2,3*
【单位】1. 广州大学化学化工学院;2. 中国科学院长春应用化学研究所高分子科学与技术全国重点实验室;3. 华南师范大学化学学院
【关键词】钙钛矿量子点;热注入法;配体交换;表面工程;短链配体;导电性;稳定性;钝化
【引用格式】蓝叶滢,梁显曦,张保华,等.巯基与羧基双官能化短链配体后处理制备低阻抗、高发光效率及稳定型CsPbBr3量子点的研究[J].材料研究与应用,2026,20(4):319-329.

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摘要
全无机CsPbBr3钙钛矿量子点因高发光效率、高色纯度与高本征结构稳定性,成为钙钛矿发光材料领域的研究热点。然而,传统油酸油胺包覆的CsPbBr3子点存在表面缺陷态多、尺寸分散性高、导电性低等问题,严重制约了其实际发光效率、光谱质量、发光稳定性及电荷传输性能。开发兼具优异表面钝化能力与低配体密度特性的短链后处理配体,已成为突破这一瓶颈的关键策略,但目前此类配体的有效材料体系及构效关系仍不明确。本文选取巯基、羧基两种典型配位钝化官能团,系统对比丙硫醇(含巯基)、丙酸(含羧基)与3-巯基丙酸(同时含巯基与羧基)三种C3短链衍生物作为后处理配体对CsPbBr3量子点的作用机制。通过TEM、FTIR、Raman光谱、荧光光谱、环境稳定性测试及EIS等表征手段,从微观结构、表面配位、光电性能等维度开展多层面评估分析。结果表明,同时具备羧基酸性刻蚀与巯基强配位特性的3-巯基丙酸,可使制备的CsPbBr3量子点同时实现低阻抗、超高发光效率(95%)与优异的环境发光稳定性,为高性能钙钛矿量子点的配体设计及性能调控提供了重要实验依据与机制参考。
图表信息

图1 钙钛矿量子点的合成步骤与后处理配体的分子结构

图2 钙钛矿量子点的形貌表征与尺寸分布直方图

图3 钙钛矿量子点的高分辨透射电子显微镜图像

图4 钙钛矿量子点的X射线衍射图谱

图5 不同配体修饰的钙钛矿量子点的红外光谱和拉曼光谱

图6 三种不同后处理配体加入前后钙钛矿量子点的荧光光谱

图7 钙钛矿量子点的光致发光量子产率和稳定性

图8 不同钙钛矿量子点的电化学阻抗测试和分析
结语
本研究系统探究了丙酸、丙硫醇和3-巯基丙酸三种短链配体后处理对油酸油胺包覆CsPbBr3钙钛矿量子点的调控作用。TEM表征显示,四种样品均保持立方相晶体结构,配体交换未破坏量子点本征结构;OA/OLA-PQDs粒径分布不均,PT-PQDs粒径分布更均匀,丙酸和3-巯基丙酸因酸性刻蚀去除小尺寸颗粒,导致平均粒径略增、粒子间距缩小。FTIR和Raman光谱分析表明量子点表面配体的演化:所有样品均残留长链烷基,证实油酸油胺未被完全置换;[PbBr6]4-振动峰从318 cm-1红移,证实三种短链配体与量子点表面成功键合;其中3-巯基丙酸兼具强酸性和高配位能力,表现出最强的键合作用。光物理性能测试表明,原始样品发射光谱在480 nm处存在肩峰,经丙酸和3-巯基丙酸处理可有效去除小尺寸颗粒,使发射光谱对称且PLQY显著提升。稳定性测试显示,3-MPA-PQDs在加热、光照和大气环境下均表现出最优稳定性。电化学阻抗测试证实,三种配体后处理样品的Rct均显著下降,其中3-MPA-PQDs的Rct最低,表明短链配体钝化可有效改善量子点的电荷传输性能。综上,3-巯基丙酸作为双官能团配体,通过巯基与羧基的协同作用,在保留钙钛矿量子点晶体结构的同时,显著提升了其光学性能、稳定性和导电性。本研究从分子层面揭示了配体结构与量子点性能的构效关系,为CsPbBr3钙钛矿量子点的表面配体工程设计提供了新的见解,对推动其应用范畴的扩展具有重要意义。

