含磷氧键对称硅烷的合成及其对钙钛矿的钝化作用衢州学院高传花团队

摘要

钙钛矿量子点（QDs）具有独特优势，包括色域广、半高宽窄、成本效益高以及发光效率高等特点，使其成为当代光电子研究的重要焦点。然而，量子点的合成过程往往会引入晶体缺陷，而传统的原位配体可能会对钙钛矿的光电子性能产生不利影响。为了克服这些挑战，衢州学院高传花团队合成了一种含有磷氧双键的对称硅烷基钝化剂。该钝化剂能够对钙钛矿进行原位钝化，显著提升其光学性能和稳定性。结果显示，钝化后的量子点在 525nm 处呈现亮绿色光致发光（PL），PL 强度提高了28%，光致发光量子产率增加了 16%，平均寿命（）延长了 191.2ns。此外，在 80°C 下的热稳定性提高了 3.75 倍，在 84% 相对湿度条件下的稳定性提高了 21%。经1,3-双（3-二乙氧基磷酰基丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷（SPE）钝化的钙钛矿具有实际应用潜力。

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硅烷钝化剂

研究合成了一种含磷氧双键的对称硅烷钝化剂1,3-双（3-二乙氧基磷酰基丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷（SPE），其在钙钛矿材料的表面和界面钝化中展现出独特性能，有效提升了钙钛矿量子点的综合性能。

分子结构与特点

SPE 分子中，磷氧双键（

）是关键结构，具有强吸电子性，在钙钛矿合成时，能占据

离子空位与

配位，优化晶体结构。Si-O-Si 结构赋予材料疏水性，主链碳-氧-硅键能高，化学稳定性好。硅原子尺寸大，分子间范德华力强，烷基侧链非极性，使整个分子链疏水，有助于提高钙钛矿的稳定性。

(a) SPE 结构示意图。(b) SPE 钝化示意图。

钝化机制

在钙钛矿合成体系中，SPE 分子的

基团与

离子配位，占据

离子空位，减少晶体缺陷，增强晶体结构稳定性。同时，SPE 水解产生的羟基与

离子相互作用，进一步稳定钙钛矿结构，降低非辐射复合，提升光学性能。

对钙钛矿性能的影响

在光学性能方面，当 SPE 浓度为 20mg/mL 时，钝化后的钙钛矿量子点光致发光（PL）强度提升 28%，光致发光量子产率（PLQY）从 81.53% 增至 94.57%，平均载流子寿命延长 191.2ns，且不改变吸收峰位置。结构特性上，改善量子点形貌，使晶格条纹更清晰，提高结晶度，增强化学相互作用。稳定性方面，80°C 加热 10min 后，QDs - S20 的 PL 强度保留率是未钝化 QDs 的 3.75 倍；在 84% 相对湿度下，QDs - S20 的稳定性提升 21%；空气中，QDs - S20 荧光猝灭更慢，大大提升了钙钛矿在多种环境下的稳定性。

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器件制备

材料：

溴化铅、1,1,3,3 - 四甲基二硅氧烷、氯苯、油酸、油胺、溴化铯、二乙基烯丙基磷酸酯、六水合氯铂酸、DM、DMSO，99.5%）、乙酸乙酯、正己烷

SPE 钝化剂的合成

制备 SPE 钝化剂时，将 0.74mL 1,1,3,3 - 四甲基二硅氧烷、1.4mL DAPP 和 0.01g 六水合氯铂酸加入 10mL 圆底烧瓶中。混合物在氮气氛围下于冰水浴中搅拌 1 小时。随后，分两次额外加入 1mL 1,1,3,3 - 四甲基二硅氧烷，并在相同条件下继续反应 1 小时。反应完成后，向反应混合物中加入 30mL 正己烷，室温搅拌 30 分钟，静置 2 小时。然后将混合物以 8000 转 / 分钟的速度离心 3 分钟。上清液在 20°C 下减压蒸馏。最终产物为淡黄色液体，即 SPE 钝化剂。

量子点的合成：

合成

钙钛矿量子点时，将 0.2mmol 溴化铅、0.2mmol 溴化铯、3.5mL DMF、1.5mL DMSO、0.25mL 油胺和 0.5mL 油酸在 20mL 样品瓶中混合，室温搅拌 24 小时形成前驱体溶液。随后，将 5mL 氯苯加入反应器中，搅拌速度调至高速涡旋状态。然后，将 0.2mL 前驱体溶液加入反应器，剧烈搅拌 20 秒。混合物以 8000 转 / 分钟的速度离心 3 分钟，收集沉淀物，得到

量子点，记为 QDs。

SPE 钝化钙钛矿的合成：

制备前驱体溶液时，其他原料不变，使用浓度为 5、10、20 和 30mg/mL 的 SPE 钝化剂。后续步骤与量子点的合成过程相同。得到的量子点分别标记为 QDs - S5、QDs - S10、QDs - S20 和 QDs - S30。

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论文信息

论文标题：《Synthesis of Symmetrical Silane Containing P–O Bonds and Their Passivation of Perovskit》（含磷氧键对称硅烷的合成及其对钙钛矿的钝化作用）

发表期刊：《ACS Omega》

发表时间：2025年1月24日

作者：Baoyang Dai, Shanshan Yan, Zhimi Chen, Tucai Zheng, Jie Qin, Junhua Zhao, Wanting Jin, Chunhui Zhou, Li Wan, Xing Su, and Chuanhua Gao*