近年來，金屬鹵化物鈣鈦礦材料由于具有優異的光電性質和潛在的應用前景，引起了人們廣泛關注。基于金屬鹵化物鈣鈦礦納米晶的尺寸和組份依賴的能帶隙可調、高光吸收系數、高熒光量子產率、窄的熒光發射半峰寬、可調的斯托克斯位移、簡便的溶液相合成等特點，鈣鈦礦納米晶體是實現廣色域顯示器件和太陽能聚光發電窗戶應用的理想發光材料。
近年來，南京大學現代工程與應用科學學院鄧正濤教授課題組在鉛基鹵化物鈣鈦礦納米晶的尺寸、形貌、組分和晶型可控制備領域發表了系列工作，如：1. ACS Nano 2016,10, 3648-3657；2. Chem. Mater. 2017, 29 , 2157-2166；3. Nanoscale 2017, 9, 7252-7259；4. J. Phys. Chem. Lett. 2017, 8, 3853-3860；5. Chem. Commun. 2018, 54, 2804-2807；6. Chem. Commun. 2018, 54, 4021-4024；7. Nanoscale , 2018, 10, 7658-7665。盡管發光鉛鹵鈣鈦礦納米晶在材料的制備和性能研究上取得了長足的進步，但是在實際應用中的進展明顯滯后。例如，在顯示器件和發電窗戶的實際應用環境中，暴露在光、熱、水、氧和機械力作用下的穩定性較差，老化測試達不到實際應用的要求。
最近，該團隊采用可聚合的甲基丙烯酸月桂酯為溶劑以熱注射法制備了銫鉛溴納米晶原液，直接與低聚物和引發劑混合，通過紫外光聚合原位制備了高質量的納米晶-高分子復合薄膜。該工作發表于2019年3月出版的ACS Applied Materials & Interfaces上。與傳統方法相比，甲基丙烯酸酯單體制備的鈣鈦礦納米晶不需要繁瑣的離心、分離和再分散，避免純化過程對鈣鈦礦納米晶的破壞。此外，與經典的十八烯體系純化后制備的納米晶-高分子復合薄膜相比，甲基丙烯酸月桂酯體系制備的薄膜具有更優異的光學性能，絕對熒光量子產率可高達85%~90%，在氙燈照射下表現出了優異的光穩定性，而傳統方法制備的薄膜的絕對熒光量子產率僅為54%，在光照下其光學性能迅速下降。甲基丙烯酸月桂酯體系制備的復合薄膜具有良好的耐水性和耐熱性（50 ℃水中加熱了200 h，仍然保持90%的發光效率）。采用高絕對熒光量子產率的綠光發射的復合薄膜和紅色發射熒光粉（KSF）作為液晶背光中藍光發光二極管（LED）的下轉換熒光材料制備了原型顯示器件，其在國際照明委員會（CIE）1931顏色空間中的色域覆蓋率為115%，同時具有很高的光學穩定性。這些進展為鉛鹵鈣鈦礦納米晶材料在廣色域顯示器件中的應用奠定了良好的基礎。
圖1.新方法制備鹵化鉛鈣鈦礦納米晶-高分子復合光學膜的示意圖及在廣色域顯示器件中的應用（ACS Applied Materials & Interfaces，2019,11, 9317?9325）。
最近，該團隊還報道了高發光性能、超穩定的甲脒鉛鹵鈣鈦礦納米晶-高分子復合薄板應用于太陽能聚光發電窗戶。該論文發表在2019年3月出版的Journal of Materials Chemistry A上，論文提出了二元羧酸作配體的配體輔助的共沉淀法合成甲脒鉛鹵鈣鈦礦納米晶的新策略。由于二元羧酸的強結合作用，與用油酸作配體合成的納米晶相比，癸二酸作配體合成的甲脒鉛溴納米晶表現出更高的穩定性、化學產率以及絕對熒光量子發光效率（>90%）。此外，癸二酸作配體的納米晶與聚苯乙烯具有良好的相容性，因此，納米晶-聚苯乙烯漿液具有合適的粘度，可以方便地使用標準的刮刀涂布法將漿液涂布在商用的聚甲基丙烯酸甲酯板上得到太陽能聚光器件。該器件具有明顯的太陽光聚光效果，絕對熒光量子發光效率為92±5%，在高溫（60℃）、高濕（相對濕度，RH=90%）環境下穩定。這些進展為鉛鹵鈣鈦礦納米晶材料在太陽能聚光發電窗戶中的應用奠定了基礎。
圖2.可控合成甲脒鉛溴納米晶和涂布法制備太陽能聚光發電窗戶 (Journal of Materials Chemistry A， 2019, 7, 4872–4880)。
現代工程與應用科學學院博士研究生童建宇為以上兩篇論文的第一作者。以上工作得到了聶書明教授的悉心指導。現代工程與應用科學學院張弢教授在高分子材料設計方面，北京理工大學李紅博教授在太陽能聚光器方面做出了重要貢獻。以上工作得到了國家自然科學基金(Grant No. 51502130)，江蘇省科學自然基金項目(BK20150581)， 江蘇省“雙創計劃”， 中央高校基本科研業務費專項基金和江蘇省納米技術重點實驗室的資助。
論文的鏈接：
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acsami.8b20681
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ta/c8ta12149d/unauth#!pAbstract
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