球磨1小时所得蓝光CsPbBr₃纳米晶PLQY达85%：量子限域3-5 nm颗粒无需混卤实现460 nm发射

1 背景与问题

铯铅卤化物钙钛矿纳米晶因其优异的光学特性和近统一的光致发光量子产率（PLQY）而备受关注。然而，在实际应用中，该材料体系面临着严峻的挑战。通常情况下，为了实现可见光范围内的发射波长调控，研究者采用混合卤素的方法，但这往往导致相分离和材料稳定性差的问题。另一种调控手段是通过量子限域效应，即减小纳米晶尺寸来调节发射波长，但在以往的报道中，尺寸减小往往伴随着PLQY的显著下降。此外，现有合成方法（如热注射法）在规模化生产方面存在局限性，难以满足实际应用对高产率材料的需求。因此，如何开发一种既能实现量子限域调控、又能保持高PLQY和高稳定性的规模化合成技术，并建立精确的表征手段来验证材料性能，成为当前研究的核心痛点。

2 核心方案

针对上述挑战，阿姆斯特丹大学A Goyal等研究人员在《Journal of Physics: Materials》上发表了一项重要研究，提出了一种简便、环保且可扩展的高能机械化学合成路线，成功制备了具有量子限域效应的溴化铯铅CsPbBr3纳米晶。

该研究采用定制的高能搅拌球磨机，在氮气氛围和连续水冷却条件下进行合成。为了精确验证合成材料的光学性能，研究团队构建了一套严谨的光学表征流程：

(1) 绝对PLQY测量：利用积分球配合150 W氙灯和光谱仪，对不同样品的内量子效率进行绝对测量；

(2) 时间分辨光致发光（TRPL）光谱：使用时间相关单光子计数（TCSPC）系统，结合375 nm脉冲激光器，分析载流子复合动力学；

(3) 微区发光光谱：结合原子力显微镜（AFM）与显微光谱系统，在单颗粒尺度上确认尺寸与发光波长的对应关系。

图1.机械化学合成样品的光学性质。(a)分离尺寸后的CsPbBr3样品的光致发光（PL）和吸收光谱。可见两个PL峰，分别位于约460 nm和约505 nm处。对应的吸收曲线显示两个PL峰均存在吸收边，表明存在两种发射态。左图插入：在紫外光照射下分离尺寸的样品呈现蓝色发射。右图插入：未分离尺寸的样品呈现绿色发射，并具有吸收/PL光谱，其发射峰位于约505 nm处。(b)小尺寸纳米颗粒的PL激发光谱，其中PL@460 nm（黑色）和PL@505 nm（红色）分别对应不同波长的发射。(c)合成90天后原始样品与分离尺寸样品的PL发射光谱对比。红移及PL强度增加表明粒子随时间发生聚集和应力松弛。

3 实验结果与分析

通过上述先进的测试手段，研究团队获得了令人振奋的实验数据，充分证明了该合成路线的有效性。

3.1 关键性能指标

研究成功制备了发射波长分别为蓝色（460 nm）和绿色（505 nm）的两种尺寸分布的CsPbBr3纳米晶。最引人注目的是，这些纳米晶表现出极高的发光效率和优异的稳定性。

图2.对于尺寸分离的样品（a）和大尺寸纳米颗粒（非尺寸分离）样品，分别对两个PL峰进行的时间分辨荧光光谱测量。原始数据以浅色背景显示，对应拟合曲线（实线粗线）标出。箭头表示随着PL峰能量降低，荧光寿命增加。尺寸分离样品的两个PL峰均表现出单指数衰减，而块体样品则表现为双指数衰减。荧光寿命数据列于图中插入部分。(b)尺寸分离样品。各PL峰波长对应的荧光衰减曲线以不同颜色显示。从单指数拟合中提取的寿命值以PL峰波长为变量，在图中插入部分展示。观察到随着PL峰波长增加，荧光寿命也随之增大。

3.2 数据深度解析

实验数据显示，刚制备的绿色发射样品PLQY约为22%，但在环境条件下存放90天后，PLQY大幅提升至89%。这一反直觉的现象通过时间分辨PL谱得到了解释：新鲜样品中存在较快的非辐射复合通道（缺陷），随着时间推移，球磨诱导的应力松弛及缺陷愈合，关闭了非辐射通道，从而大幅提升了量子产率。

此外，通过微区PL与AFM的联用表征，研究人员直接观测到了单个纳米晶的发光波长与其高度的对应关系，确认了460 nm蓝光发射确实源自3-5 nm的小尺寸颗粒的量子限域效应，而非相分离或结构变化。这一发现为利用尺寸调控实现稳定蓝光发射提供了坚实的实验证据。

4 产品介绍

HiYield-PL

光致发光量子效率测量系统

HiYield-PL是一款绝对光致发光量子效率测量仪，用于测量发光粉体、薄膜和光功能材料的PLQY及吸收、发射特性。系统支持两步法和三步法，并集成积分测量与数据校正。适用于荧光粉、量子点、发光陶瓷、薄膜材料和配方筛选。绝对PLQY是荧光粉、量子点、发光陶瓷、钙钛矿薄膜和光转换材料的重要指标，但弱吸收、散射和样品形态会显著影响结果。HiYield-PL支持两步法和三步法，便于针对粉体、薄膜和固体样品选择合适的测量方法。

4.1 技术特点

(1) 支持两步法和三步法PLQY测试，可根据样品吸收和散射特性选择测量流程；

(2) 测试波长范围覆盖300-900 nm，扩展近红外1700 nm，适配常见可见发光材料及近红外体系；

(3) 可同步输出吸收光谱、发射光谱、光谱功率分布、峰值波长和中心波长等参数；

(4) 光学耦合部件、样品仓、积分测量主机与分析软件建立标准化绝对量子效率测量测量流程；

4.2 产品优势

(1) 聚焦PLQY标准化测量，流程比通用荧光光谱仪外接积分球更清晰、易复现；

(2) 两步法/三步法兼容提高对不同样品形态和弱吸收材料的适配能力；

(3) 专用PLQY测量流程比通用荧光光谱仪外接积分球更易保持校准、操作与数据处理的一致性。

原文参考：Mechanochemical synthesis of stable, quantum-confined CsPbBr3 perovskite nanocrystals with blue-green emission and high PLQY