Металлогалогенидные перовскиты стали весьма перспективными материалами-кандидатами для светоизлучающих применений благодаря регулируемой ширине запрещенной зоны и превосходной чистоте цвета. Несмотря на значительный прогресс в исследованиях перовскитных светодиодов (ВЕЛ), их эксплуатационная стабильность остается критической проблемой для практического применения. Октаэдры [ПбХ₆]⁴⁻, соединенные вершинами и центрированные катионами Pb²⁺, составляют фундаментальную структурную основу этих материалов и в первую очередь определяют их электронную конфигурацию и оптические свойства. Однако присущая этим октаэдрам структурная нестабильность является серьезным препятствием для коммерциализации.
Включение смешанного галогенида (Бр─Кл) в состав перовскита позволяет эффективно управлять шириной запрещенной зоны для настройки синего излучения, что делает системы со смешанными галогенидами перспективными кандидатами для синих перовскитных светодиодов. Однако значительное включение хлора неизбежно приводит к искажению октаэдров из-за различий в длинах связей Pb─X, что ведет к образованию дефектных состояний глубокого уровня, усугубляет нерадиационную рекомбинацию и снижает квантовый выход фотолюминесценции. Кроме того, мягкая ионная природа перовскитных кристаллов способствует значительной миграции ионов под действием электрического напряжения, особенно выраженной в системах со смешанными галогенидами, что приводит к образованию дефектов галогенидов металлов, необратимому разрушению октаэдров [ПбХ₆]⁴⁻ и сильной сегрегации галогенидов. Были предприняты значительные усилия для смягчения структурной нестабильности октаэдров. Структурная деградация перовскитной структуры в основном обусловлена галогенидными вакансиями, что побудило к введению в перовскитную матрицу целевых органических молекул, содержащих атомы кислорода, серы и азота. Эти функциональные лиганды координируются с ненасыщенными ионами Pb²⁺ посредством донорства электронов или неподеленных электронных пар. Несмотря на эти достижения, введение таких молекулярных добавок неизбежно приводит к появлению экзогенных органических соединений, которые часто обладают низкой связывающей способностью с перовскитной решеткой. Кроме того, точный контроль кинетики кристаллизации для синтеза смешанных галогенидных перовскитных систем с более высокой кристаллической целостностью и однородностью состава рассматривается как эффективный способ уменьшения деформации решетки.
В последнее время псевдогалогенидная инженерия стала эффективной стратегией для улучшения стабильности и эмиссионных характеристик металлогалогенидных перовскитов. Среди различных подходов тиоцианатные анионы широко используются для повышения структурной прочности и подавления образования дефектов в белых или широкополосных перовскитных системах, обычно достигаемых за счет сильной координации или частичного включения в перовскитную решетку. Хотя эти методы эффективно улучшают общую стабильность, их применимость к квазидвумерным синим перовскитам менее очевидна, поскольку последние требуют строгого фазового контроля и минимального искажения решетки для поддержания высокой чистоты цвета. В этом контексте особенно важны альтернативные стратегии добавления, которые стабилизируют перовскиты в основном за счет межфазных и поверхностных взаимодействий (а не замещения в решетке). Методы гетероэпитаксиального роста доказали свою эффективность в получении перовскитных пленок с подавленными дефектами, кристаллографически выровненных и снятых напряжений, одновременно повышая структурную стабильность октаэдрической решетки. Однако эти методы требуют строгих параметров контроля с точки зрения воспроизводимости процесса и условий приготовления. Таким образом, разработка простой и эффективной стратегии стабилизации наклонных октаэдрических кластеров остается критически важной нерешенной задачей в этой области.
Хэ Имин, Лючао Чжуан из Чжэцзянского педагогического университета и Вэй Гао из Шанхайского технологического института предложили новую стратегию использования трифторметансульфонатов щелочных металлов в качестве многофункциональных стабилизаторов кристаллической решетки. Считается, что сульфонатная группа координируется с открытыми ионами Pb²⁺ посредством связей O─Pb─O, эффективно подавляя поверхностные дефекты и предотвращая разрушение структуры. Кроме того, предполагается, что ионы щелочных металлов повышают структурную стабильность за счет ионных взаимодействий, а фторсодержащий компонент улучшает фотохимическую и влагостойкость. Этот синергетический механизм стабилизации значительно подавляет нерадиационную рекомбинацию и повышает эффективность переноса энергии, достигая замечательного квантового выхода фотолюминесценции до 65,32%. Кроме того, считается, что сильная электроотрицательность трифторметильной группы способствует образованию однородных и гладких пленок, тем самым облегчая инжекцию носителей заряда. В результате оптимизированный синий перовскитный светодиод достиг максимальной внешней квантовой эффективности 15,60%. В данной работе представлена универсальная стратегия стабилизации октаэдрической структуры, которая, как ожидается, ускорит коммерциализацию высокоэффективных синих перовскитных светодиодов.
