西安交大吴朝新教授团队在低维蓝光钙钛矿领域取得进展

钙钛矿材料因其优异的光电性能，如强吸收系数、可调带隙、可溶液加工性以及高缺陷容忍度等，正引领半导体技术的新一轮革新。尤其在发光应用方面，钙钛矿发光二极管（PeLED）在红光和绿光区域已实现超过30%的外量子效率（EQE）。然而，高效且稳定的蓝光PeLED发展仍显著滞后，成为制约其全彩显示与照明技术应用的关键瓶颈。在众多技术路线中，低维（尤其是准二维）钙钛矿被视为实现高效蓝光发射的理想体系，而其中有机间隔物的理性设计与性能调控起着决定性作用。

针对这一前沿难题，吴朝新教授团队通过系统性的“有机间隔物功能化”工程，在调控蓝光准二维全溴钙钛矿光电性能过程中，揭示了光致发光（PL）与电致发光（EL）性能的“差异化调控”现象。研究团队设计并合成了一系列具有不同共轭程度与氟取代基的新型炔类铵盐（苯丙炔溴化铵PPYABr，单氟代苯丙炔溴化铵FPPYABr，三氟代溴化铵3FPPYABr），并与传统的非共轭苯乙基溴化铵（PEABr）以及低共轭苯丙烯溴化铵（PPABr）进行了系统对比。研究发现，随着间隔物从PEABr逐步演进至3FPPYABr，分子共轭性与偶极矩不断增强，对钙钛矿的PL和EL性能产生了显著不同的影响：EL性能随着功能化程度线性提升，基于最优间隔物3FPPYABr的蓝光PeLED实现了12.26%的EQE，远优于参照器件的5.22%。这一突破主要得益于功能化间隔物带来的缺陷钝化、薄膜形貌优化及能级排列改善，特别是显著增强了载流子（尤其是电子）的注入与传输能力。值得关注的是，PL性能并未同步提升，而是呈现先下降后回升的“V型”变化趋势。该现象主要源于相分布变化：共轭增强促进了低激子结合能三维相的生长，从而抑制了辐射复合；而后续氟化工程则有效优化了相分布，恢复发光性能。该研究明确了偶极矩与官能团在调控光电性能中的不同作用，打破了“光学与电学性能必须同步优化”的传统观念，实现了二者的分路径精细调控。这一发现为准二维钙钛矿中有机间隔物的理性设计提供了重要的构效关系与理论指导。

该工作以《通过间隔物共轭和氟化实现天蓝光准二维钙钛矿的差异化光电调节》（Divergent Optoelectronic Tuning in Sky-Blue Quasi-2D Perovskites via Spacers Conjugation and Fluorination）为题，近期发表于国际顶级期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。课题组博士生贺帅旗为第一作者，袁方副教授和吴朝新教授为共同通讯作者。西安交通大学为第一作者单位和通讯作者单位。该工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划、陕西省重点研发计划的资助，论文测试表征得到了西安交通大学大型仪器设备共享测试中心的支持。吴朝新教授团队长期从事新型功能材料的“电-光”与“光-电”物理机制及其器件应用如发光二极管、太阳能电池、光电探测器等方面的研究。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202523282

袁方副教授个人主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/yuanf121

吴朝新教授个人主页：http://zhaoxinwu.gr.xjtu.edu.cn