近期，吉林大学未来科学国际合作联合实验室、化学学院、无机合成与制备化学国家重点实验室科研团队在Matter上发表题为“Unlocking the Potential of CsPbI₃Perovskite as Stable Red Phosphors by Zeolite Skeleton”的研究工作。该工作采用分子筛封装的策略，并基于该策略开发了一种新颖的高温煅烧和水处理相结合的合成方法，成功制备出了不仅具有明亮的深红色固态荧光发射，且稳定性可与商业的红色荧光粉相媲美的CsPbI₃钙钛矿@分子筛复合材料。该工作对于兼具超高稳定性和高效发光的CsPbI₃钙钛矿基荧光粉的开发提供了一个新的路线，对于早日实现CsPbI₃钙钛矿基荧光粉的商业应用具有重要意义。

纯碘基的CsPbI₃钙钛矿因具有最适合光伏应用的带隙以及可以发射出从红光区扩展到近红外一区的荧光，而成为了太阳能电池、红光/近红外发光二极管（LEDs）和激光器领域的理想材料。然而，在众多的CsPbX₃（X = Cl、Br、I）钙钛矿中，CsPbI₃钙钛矿的稳定性最差。一方面，在室温的条件下，其容易发生从发光的a相向不发光的d相的自发相变。另一方面，与其他的卤素钙钛矿类似，当处于强辐射、高极性、高温等恶劣的环境中时，CsPbI₃钙钛矿的晶体容易发生分解，从而导致严重的荧光衰减。为了提升CsPbI₃钙钛矿的稳定性，研究人员开发了各种策略，如有机配体或金属盐表面钝化、离子取代、基质材料封装等。尽管经过上述操作，CsPbI₃钙钛矿的稳定性可以得到明显的提升，但在目前的研究中，同时赋予CsPbI₃钙钛矿超强的稳定性和高的光致发光量子产率，实现其作为稳定、高效的红色荧光粉在光电器件中的应用仍是一大挑战。

鉴于此，该团队以分子筛封装为基本指导策略，在此基础上开发了一种新颖的高温煅烧和水处理相结合的两步合成法，成功制备出了不仅具有明亮的深红色固态荧光发射（光致发光量子产率高达31.1%），且稳定性可与商业的红色荧光粉相媲美的CsPbI₃钙钛矿@分子筛复合材料。其中，高温煅烧的作用是将钙钛矿前驱体蒸发到分子筛中，使其在分子筛基质的内部生长成钙钛矿纳米晶，从而实现分子筛对钙钛矿的封装。而水处理（水洗 + 水热处理）的作用是逐步提升复合材料的荧光强度，使复合材料显示出高效的荧光发射（图一）。

图一：复合材料的制备流程示意图和荧光光谱

紫外-可见吸收光谱、ICP、XRD等测试结果表明，在水洗和水热处理的过程中，不发光的副产物d-CsPbI₃钙钛矿和Pb(OH)I的移除以及分子筛壳层厚度的降低是导致复合材料荧光增强的主要原因（图二）。

图二：水处理过程对复合材料结构和光学性质的影响

此外，稳定性测试显示，当将复合材料在自然环境中放置一年、在各种极性溶剂中浸泡50天、在沸水中搅拌24 h或在紫外灯下辐射20天后，复合材料的荧光强度不会发生明显的衰减，这说明CsPbI₃钙钛矿@分子筛复合材料具有十分优异的稳定性。该稳定性甚至可与商业的稀土类荧光粉的稳定性相媲美（图三）。

图三：复合材料的稳定性测试

最后，该团队基于所制备的复合材料，构筑了标准白光和红光LEDs。所构筑的白光LEDs显示出了高达57.3 lm/W的发光效率，该效率优于目前报道的大部分全钙钛矿基白光LEDs的发光效率。所构筑的红光LEDs显示出了超强的长期运行稳定性。在运行时间超过200 h之后，器件的色坐标无明显偏移，发光强度为初始强度的90%以上（图四）。器件的高效发光和优异的运行稳定性与所使用的复合材料的高光致发光量子产率和超强的耐溶剂、耐高温和耐辐射性能密不可分。

图四：复合材料的稳定性测试

相关的研究成果近期发表在Matter杂志上，文章第一作者为吉林大学鼎新学者博士后于晓微，通讯作者为吉林大学于吉红院士。该工作得到了国家自然科学基金项目和国家资助博士后研究人员计划的资助。

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238524002510