Highly Emissive Divalent-Ion-Doped Colloidal CsPb1–xMxBr3 Perovskite Nanocrystals through Cation Exchange

化学 纳米晶 离子交换 胶体 钙钛矿(结构) 兴奋剂 离子 结晶学 二价 无机化学 纳米技术 物理化学 凝聚态物理 材料科学 有机化学 物理
作者
Ward van der Stam,Jaco J. Geuchies,Thomas Altantzis,Karel H. W. van den Bos,Johannes D. Meeldijk,Sandra Van Aert,Sara Bals,Daniël Vanmaekelbergh,Celso de Mello Donegá
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:139 (11): 4087-4097 被引量:649
标识
DOI:10.1021/jacs.6b13079
摘要

Colloidal CsPbX3 (X = Br, Cl, and I) perovskite nanocrystals (NCs) have emerged as promising phosphors and solar cell materials due to their remarkable optoelectronic properties. These properties can be tailored by not only controlling the size and shape of the NCs but also postsynthetic composition tuning through topotactic anion exchange. In contrast, property control by cation exchange is still underdeveloped for colloidal CsPbX3 NCs. Here, we present a method that allows partial cation exchange in colloidal CsPbBr3 NCs, whereby Pb2+ is exchanged for several isovalent cations, resulting in doped CsPb1–xMxBr3 NCs (M= Sn2+, Cd2+, and Zn2+; 0 < x ≤ 0.1), with preservation of the original NC shape. The size of the parent NCs is also preserved in the product NCs, apart from a small (few %) contraction of the unit cells upon incorporation of the guest cations. The partial Pb2+ for M2+ exchange leads to a blue-shift of the optical spectra, while maintaining the high photoluminescence quantum yields (>50%), sharp absorption features, and narrow emission of the parent CsPbBr3 NCs. The blue-shift in the optical spectra is attributed to the lattice contraction that accompanies the Pb2+ for M2+ cation exchange and is observed to scale linearly with the lattice contraction. This work opens up new possibilities to engineer the properties of halide perovskite NCs, which to date are demonstrated to be the only known system where cation and anion exchange reactions can be sequentially combined while preserving the original NC shape, resulting in compositionally diverse perovskite NCs.
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