第一作者：王胜、余佳豪、张敏熠

通讯作者：上海大学杨绪勇联合香港城市大学Andrey L. Rogach 、科廷大学夹国华、南方科技大学陈锐（上海大学第一单位）

研究亮点：

1、 首次提出了“中间体单体蓄水池策略”降低钙钛矿纳米晶生长速率，减少缺陷。

2、 树枝型配体TDP不仅诱导了纳米棒生长，而且提高了稳定性。

3、 该钙钛矿纳米棒的增益系数高达980 cm^-1，为目前报道的钙钛矿材料最高值。

   一维钙钛矿纳米棒具有比传统纳米立方体更大的光子吸收横截面和更低的非辐射复合速率，使其在放大自发辐射（ASE）应用领域具有广泛的应用潜力。然而，直接合成高质量的钙钛矿纳米棒还存在以下三个问题：

（1） 钙钛矿的离子型本质导致了其超快的成核、生长速率，极大地限制了其可控性生长。

（2） 超快的生长速率不可避免地产生高的缺陷密度，进而降低荧光量子产率和ASE性能。

（3） 钙钛矿的不稳定性严重限制了ASE应用。

综上所言，保证钙钛矿纳米棒的缓慢、可控生长，并提高其稳定性成为实现钙钛矿低阈值ASE的关键。

成果展示：

有鉴于此，上海大学杨绪勇教授等首次采用“中间体单体蓄水池策略”，利用In³⁺在低温时取代CsPbBr₃ 立方体中的Pb²⁺形成由CsPb₂Br₅和Cs₃In₂Br₉组成的中间体，并在升温过程中缓慢分解释放单体。六乙基亚磷酰三胺（TDP）作为树枝型配体，不仅提高了钙钛矿纳米晶的稳定性，而且对不同的晶面的键合能力不同，诱导了钙钛矿的取向性生长，从而获得了低缺陷的纳米棒。该钙钛矿纳米棒的增益系数高达980 cm^-1，为钙钛矿材料中的最高值，利用纳秒激光器激发，其ASE阈值达7.5 μJ·cm^-2，这可与其他文献报道的利用飞秒激光器获得的钙钛矿ASE阈值相比拟。

图1. CsPbBr₃纳米棒的TEM、HRTEM、Element Mapping表征及DFT模拟

要点1：

通过“中间体单体蓄水池策略”获得了具有形貌、尺寸均一的单分散CsPbBr₃纳米棒，且结晶性好。DFT计算说明了TDP配体中的H与(200)面的Br离子发生静电作用，抑制了[200]方向的生长，并延缓了[220]方向的生长，从而使得钙钛矿纳米棒沿着[002]方向取向性生长。

图2. CsPbBr₃纳米棒的光学表征

要点2：

图a为CsPbBr₃纳米棒演变过程的PL和吸收变化，其QY可达90%，与之相比CsPbBr3纳米立方体QY为73%。b-f为CsPbBr₃纳米棒和纳米立方体的PL lifetime以及变温荧光对比，可以看到纳米棒具有比纳米立方体更少的缺陷。

图3. CsPbBr₃纳米棒和纳米立方体的稳定性对比

 要点3：

 图a为CsPbBr₃纳米棒和纳米立方体薄膜在水中的稳定性对比，图b为CsPbBr₃纳米棒和纳米立方体薄膜的热稳定性对比。由于TDP配体的存在，CsPbBr₃纳米棒具有优异的稳定性。

图4. CsPbBr₃纳米棒在纳秒激光器下的ASE性能

 要点4：

CsPbBr₃纳米棒的增益系数高达980 cm^-1，这是钙钛矿材料中的最高值。该CsPbBr₃纳米棒在纳秒激光器下阈值低达7.5 μJ·cm^-2，可与其他文献报道的用飞秒激光器得到的钙钛矿材料阈值相比拟。

小结：

该工作采用“中间体单体蓄水池策略”利用中间体缓慢释放单体制备了尺寸均一、缺陷少、荧光量子产率高、稳定性好的CsPbBr₃纳米棒。该纳米棒具有钙钛矿材料中最高的增益系数（980 cm^-1），并在纳秒激光器激发下可以得到与其他文献报道的用飞秒激光器相比拟的阈值。该工作为高质量钙钛矿纳米棒的制备及其在激光以及其他光电应用领域提供了新的思路。

参考文献：

Wang, S. Chen, R. Rogach, A. L. Jia, G. Yang, X. et al. Stable, Strongly Emitting Cesium Lead Bromide Perovskite Nanorods with High Optical Gain Enabled by an Intermediate Monomer Reservoir Synthetic Strategy. Nano Lett. 2019.

DOI:10.1021/acs.nanolett.9b02436

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b02436