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我校化科院徐翔星课题组及其合作者在《Advanced Materials》发表研究论文

纯无机钙钛矿纳米晶CsPbX3(X=Cl/Br/I)由于能带可调、发光波长覆盖整个可见光谱、荧光量子效率高、载流子迁移率高等诸多优点而备受关注。这些性能使之在光伏器件、光电探测、发光二极管、激光、传感等领域表现出极大的潜力,研究钙钛矿纳米晶的光电性质、提升器件性能、发掘其新应用是目前主要研究方向。

我校化学与材料科学学院徐翔星教授、包建春教授课题组与清华大学王训教授等课题组合作,研究了将钙钛矿量子点作为传感器,实现了对有机溶剂中金属离子的检测,该方法具有灵敏度高,选择性高及检测窗口宽等优点,相关成果以“Cesium Lead Halide Perovskite Quantum Dots as a Photoluminescence Probe for Metal Ions”为题发表在《Advanced Materials》上,(DOI: 10.1002/adma.201700150;文章链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201700150/full)。同时,徐翔星教授与南京大学余林蔚教授课题组合作,在无机钙钛矿量子点结合硅基径向结结构的高速紫外日盲探测器件研究上取得了新进展,相关成果以“Ultrafast Solar-Blind Ultraviolet Detection by Inorganic Perovskite CsPbX3 Quantum Dots Radial Junction Architecture”为题发表在《Advanced Materials》上,(DOI: 10.1002/adma.201700400;文章链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201700400/full)。该期刊影响因子为19.791。
 

金属离子在生物和工业产品中广泛存在,因此发展不同环境下微量金属离子的检测方法具有重要意义。由于量子点具有宽吸收光谱、窄发射、高量子效率、光稳定性好、其光学性质可调且强烈依赖于表面等特性,当分析物和量子点表面发生相互作用会导致其光学性质的变化,因此可被用来检测多种金属离子。而目前仍然缺少基于量子点的同时具有检测范围宽、检测限低、灵敏度高的方法,并且现有离子检测技术大都在水相中进行,而很多时候需要对非水相的化学物质进行检测。针对这些问题,徐翔星课题组及其合作者发展了一种价格低廉、易操作、高灵敏度、高选择性且检测线性范围宽的金属离子检测方法,即利用CsPbX3(X=Cl/Br/I)钙钛矿量子点与金属离子的相互作用导致的荧光的淬灭和增强效应,对金属离子进行检测,并从实验和理论计算方面探讨了其机理,成功地应用于食用油和汽车润滑油中Cu2+浓度的快速检测,显示出其在食品和工业生产、使用过程中质量控制等方面的应用潜力。

紫外日盲(光波长<300 nm)探测是环境监控、火焰探测和远程预警响应等应用的核心技术。目前,绝大多数紫外日盲探测器件基于昂贵且的III-V族(如GaN等)晶体材料。由于硅基和透明导电层(如ITO)薄膜对深紫外信号的吸收非常强,在通常的硅基p-n或p-i-n结区光电结构中,日盲光子信号无法穿透表面导电层或者重掺杂硅层。为此,南京师范大学化科院徐翔星教授课题组与南京大学余林蔚教授课题组共同探索了一种将CsPbX3(X=Cl/Br/I)钙钛矿量子点与硅纳米线径向结杂化的薄膜日盲探测器件构架,将具有优异的紫外光电吸收和量子转化效率的钙钛矿量子点均匀布置在三维(3D)硅纳米线径向结薄膜电池结构的表面,将日盲信号直接转化为径向非晶硅p-i-n结区最优化波长~500 nm附近,同时利用了3D构架径向结中特有的强陷光和近场增强效应,针对快速探测需求,本征结区厚度可从平面结的300 nm降到80 nm,从而有利于光生载流子的快速吸收和响应。基于此技术,最终实现了可大面积低成本制备和应用的硅基薄膜日盲探测器件:在200 nm深紫外获得了>50 mA/W的响应度,目前已经实现了较快的日盲光电探测,上升和下降时间沿为0.48 ms/1.03 ms,并还有较大进一步提升空间。同时,探测器不需要特殊封装即可稳定工作1000小时以上,从而将大面积硅基薄膜光电应用成功推进到通常为小面积III-V族半导体所垄断的日盲探测领域,为大幅度降低成本和规模化应用推广奠定了关键基础。

这两篇论文中,我校2015级研究生盛雪曦分别为第一作者和并列第一作者。盛雪曦本科就读于江苏大学化学化工学院,曾多次获得一等奖学金、优秀学生干部及优秀共产党员等称号,以优异的成绩保送到我校化科院无机化学专业攻读硕士研究生,在徐翔星教授、包建春教授的指导下,围绕钙钛矿量子点的合成、性质和器件开展科研工作,取得的有关二维钙钛矿量子点的可控合成、偏振性质与器件、钙钛矿-硅基复合发光器件、钙钛矿量子点光电存储器等系列成果也正在整理中。上述研究工作得到了国家自然科学基金(NSFC 51572120、21533012)、江苏省六大人才高峰高层次人才基金、南京师范大学第五批百名青年领军人才培养计划的支助;以及合作课题组国家自然科学基金,科技部重大研发计划,国家重点基础研究发展计划973项目,中央高校基础研究基金、江苏省杰出青年基金,江苏省科学技术支持项目,江苏省双创团队及人才项目和江苏省重点光电实验室基金的资金支持,在此一并表示衷心感谢!

发布时间:2017/09/19