• 【导读】

自2015年铅卤钙钛矿量子点被首次合成，关于它的研究如雨后春笋。然而，由于铅卤钙钛矿所具有的强的离子性，其成核生长速度极快，因此对钙钛矿的结晶动力学的研究仍大部分停留在唯象阶段。如何减慢钙钛矿的成核，是揭示钙钛矿量子点结晶学特征并实现钙钛矿量子点可控生长的关键。

• 【成果掠影】

近日，瑞士苏黎世联邦理工大学Kovalenko团队在Science发表了新的研究论文，实现了铅卤钙钛矿量子点成核和生长过程在时域上的分离。在传统采用油酸/油胺作为配体的合成方法中，反应体系中存在高浓度的PbBr₃^-，它可以与Cs前驱体快速反应生成钙钛矿量子点，因此无法通过简单地调节反应温度、前驱体浓度等实现对晶体生长的调控。在该研究中，作者采用三辛基氧化膦（TOPO）与PbBr₂形成的中性配合物作为前驱体，这种配合物仅在Cs⁺离子的作用下才会转变为PbBr₃^-，并生成化学式为Cs[PbBr₃]的钙钛矿单体，随着单体浓度逐渐升高达到临界浓度，成核过程发生。整个反应过程中的各个化学平衡均可以通过调节TOPO的浓度实现，从而可以有效延长成核过程（从<1s延长至30分钟），实现对量子点结晶动力学的调控。

采用这种合成方法，不仅可以获得不同尺寸、单分散、高量子效率的量子点（尺寸：3-13 nm，量子效率>80%），而且获得了传统方法不易制备的球形钙钛矿量子点。相比立方的量子点，球形钙钛矿量子点表现出更加丰富的激子能级结构，这是因为在球形量子点中角动量耦合造成的微扰消失，高能量能级间的混合减弱，在实验上表现为明显的吸收峰，这对于激子能级的确定具有重要意义。

相关研究文章以“Controlling the nucleation and growth kinetics of lead halide perovskite quantum dots”为题发表在Science上。

• 【核心创新点】

通过采用Cs⁺离子诱导的由中性TOPO-PbBr₂到Cs[PbBr₃]的反应，延长了量子点成核过程，实现了成核和生长的分离。

• 【数据概览】

图1. 室温下单分散CsPbBr₃量子点的可控合成 © 2022 AAAS

图2. 量子点的吸收特性随形貌的演化 © 2022 AAAS

图3. 前驱体到CsPbBr₃量子点转化的原位观察 © 2022 AAAS

图4. CsPbBr₃量子点的原位/非原位激子吸收光谱和相应计算结果 © 2022 AAAS

图5. 具有不同A位阳离子的三种单分散钙钛矿量子点的吸收光谱的比较 (FAPbBr₃, MAPbBr₃, CsPbBr₃) © 2022 AAAS

• 【成果启示】

综上，通过改变反应途径实现了钙钛矿量子点的可控成核生长，结合原位吸收光谱揭示了钙钛矿量子点晶体生长的动力学特征。这为研究钙钛矿量子点能级结构、合成基于钙钛矿的异质结提供了基础。

文章链接：Controlling the nucleation and growth kinetics of lead halide perovskite quantum dots. Science, 2022, DOI: 10.1126/science.abq3616