蛍光性と安定性が向上した純粋な青色発光CsPbBrナノプレートのイオン液体支援による調製

Ionic Liquid-Assisted Preparation of Pure Blue Emissive CsPbBr Nanoplates with Enhanced Fluorescence and Stability.

抄録

純粋な青色発光CsPbBrナノ結晶は、安定性に乏しく、フォトルミネッセンス量子収率（PLQY）が低いため、オプトエレクトロニクスデバイスへの応用が大きく制限されている。本研究では、Pb/Csモル比を調整することにより、室温過飽和再結晶法を用いて463.3nmで純粋な青色発光を示すCsPbBrナノプレートを合成した。CsPbBr NPLの発光性能を向上させるために、イオン液体（IL）である1-アミノプロピル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（APMimBF）を導入し、ILの[BF]アニオンがNPL表面のBr空孔欠陥を効果的に不動態化した。さらに、[APMim]BFは、[APMim]と配位不足の表面Pbイオンとの強い結合親和性により、NPLの安定性を向上させた。この二重不動態化により、非放射再結合経路が大幅に抑制され、PLQYは39.14%から85.67%に増加した。調製したCsPbBr NPLをポリスチレン--ポリイソプレン--ポリスチレンのマトリックス内に封入し、青色LED製造用の複合フィルムを形成した。効果的な表面パッシベーションにより、得られたLEDは、動作中のCIE色座標のシフトが無視できるほど小さいことからも明らかなように、卓越した動作安定性を示した。本研究は、純粋な青色発光CsPbBr NPLの発光効率と環境安定性を同時に向上させ、オプトエレクトロニクスデバイスへの実用化を促進する、ILベースの有望な表面工学戦略を提示するものである。

Pure blue-emitting CsPbBr nanocrystals suffer from poor stability and low photoluminescence quantum yields (PLQY), severely limiting their application in optoelectronic devices. Herein, we synthesized CsPbBr nanoplates (NPLs) with pure blue emission at 463.3 nm via a room-temperature supersaturation recrystallization approach by tuning the Pb/Cs molar ratio. To enhance the emission performance of CsPbBr NPLs, the ionic liquid (IL) 1-amino propyl-3-methyl imidazolium tetrafluoroborate (APMimBF) was introduced, in which the [BF] anion of the IL effectively passivates Br vacancy defects on the NPL surface. Additionally, the stability of the NPLs was enhanced by the [APMim]BF due to the strong binding affinity between [APMim] and undercoordinated surface Pb ions. This dual passivation significantly suppresses nonradiative recombination pathways, resulting in an increase of PLQY from 39.14 to 85.67%. The as-prepared CsPbBr NPLs were encapsulated within a polystyrene--polyisoprene--polystyrene matrix, forming composite films for the fabrication blue LEDs. Owing to the effective surface passivation, the resulting LEDs exhibit exceptional operational stability-evidenced by negligible CIE color coordinates shifts during operation. This study presents a promising IL-based surface engineering strategy for simultaneously enhancing the luminescence efficiency and environmental stability of pure blue emissive CsPbBr NPLs, promoting their practical application in optoelectronic devices.