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【手性肽玻璃模板化MAPbBr3纳米晶:增强的圆偏振发光性能与稳定性及其手性光电子应用】任杰鋆/张楚人/王育华教授团队AFM

发布时间：2026-10-29 09:33:39 最近访问：2026-10-29 09:33:39

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第一作者：任杰鋆

通讯作者：

任杰鋆：renjy@wit.edu.cn

王育华：wyh@lzu.edu.cn

张楚人：18311321821@163.com

01恺，likai@zzu.edu.cn

摘要

具有强圆偏振发光(CPL)的手性钙钛矿纳米晶(NCs)在手性光电子领域具有巨大应用潜力，包括3D显示、手性传感、防伪和信息存储。然而，CPL活性钙钛矿NCs的发光不对称性较弱且稳定性不足，严重阻碍了其实际应用。作者团队通过溶剂诱导原位结晶方法，成功将MAPbBr₃NCs嵌入蓝光发射手性肽玻璃(L/D-Zn-Car)网络中。L-Zn-Car手性肽玻璃同时作为手性模板和保护基质，为MAPbBr₃NCs的成核和生长提供受限的手性微环境。理论计算结合实验证据共同证实，MAPbBr₃ NCs与L-Zn-Car基质之间存在强配位相互作用，这不仅促进高效手性传递，而且有效抑制表面陷阱态。优化后的MAPbBr₃@L-Zn-Car手性玻璃表现出优异的CPL性能，具有高发光不对称性(g_lum：2.14×10^-2)、显著的光致发光量子产率(PLQY：76%)和优异稳定性。此外，基于MAPbBr₃@L/D-Zn-Car制备的手性发光二极管(LED)实现了高发光效率(68.5 lm/W)和显著CPL特性。作者团队研究为高性能CPL活性钙钛矿材料的合理设计建立了可行策略，并拓宽了其手性光电子领域的应用前景。

引言

圆偏振发光(CPL)材料近年来引起了广泛研究兴趣，因为其在先进光电子应用(如3D显示、手性传感、光学防伪和量子信息存储)中具有显著前景。在各种CPL材料中，金属卤化物钙钛矿凭借其优异的本征光电子优点，包括高光致发光量子产率(PLQY)、可调发射波长、窄半高全宽(FWHM)和优异载流子迁移率，已成为一类有前景的候选材料。然而，原始钙钛矿材料通常由于其中心对称晶体构型而缺乏本征手性，这严重限制了其CPL性能，并阻碍其在高性能手性光电子器件中的实际应用。

为解决这一关键挑战，已有大量研究致力于开发向钙钛矿材料赋予手性的有效策略。当前手性钙钛矿的主流路线主要依赖三种主要方法：(a)手性有机分子掺入，(b)手性配体修饰，(c)手性模板诱导。将手性有机分子引入钙钛矿晶格为制备低维手性钙钛矿提供了直接途径。Xu等人采用手性苯乙基碘化铵和手性S/R-1-(1-萘基)乙基碘化铵作为双间隔阳离子，构建了准二维钙钛矿。所得钙钛矿LED表现出强CPL信号，电致发光不对称因子(g_EL)高达约4.0×10^-3。手性配体修饰能够通过表面手性传递制备手性钙钛矿纳米晶(NCs)。然而，手性配体与钙钛矿基质之间的弱相互作用通常导致CPL信号稳定性较差。幸运的是，手性模板诱导策略因其强手性传递能力、优异结构兼容性和有效稳定性增强而尤为突出。将钙钛矿NCs引入手性模板可实现其螺旋排列，从而促进高效手性传递并放大其CPL响应。例如，Lewandowski等人报道了通过将钙钛矿NCs嵌入手性液晶基质向其引入手性，诱导钙钛矿NCs手性组装并实现选择性CPL调制。Oda等人实现了手性钙钛矿NCs在螺旋中空二氧化硅纳米带内的受限生长，其中模板手性精确决定所得钙钛矿NCs的手性构型。在作者团队研究前期工作中，作者团队的研究还报道了利用手性MOFs作为手性模板进行原位生长来合成手性钙钛矿NCs，获得了具有高发光不对称因子和高PLQY的CPL活性钙钛矿材料。总体而言，手性模板诱导策略通过手性传递赋予钙钛矿NCs手性活性，通过强配位相互作用钝化其表面缺陷，并借助空间限域效应调控其发射性质。因此，合理选择和开发先进手性模板对于进一步推动手性钙钛矿走向实际光电子应用至关重要。

在多种手性模板候选材料中，手性肽玻璃因其天然来源、绿色合成条件、高光学透明性、自修复能力和灵活可加工性而受到越来越多关注，使其成为钙钛矿NCs原位生长的优异手性模板。作为天然二肽，L/D-肌肽(L/D-Car)具有丰富配位位点(羧酸根、氨基和咪唑基团)，可与多种金属离子(如Zn²⁺、Eu³⁺、Tb³⁺、Gd²⁺等)配位，通过协同超分子配位和分子间氢键形成稳健手性肽玻璃。值得注意的是，L/D-Zn-Car手性肽玻璃不仅具有高光学透明性(>90%)、优异环境稳定性和易加工性，而且为钙钛矿NCs的原位成核和生长提供手性微环境。L-Zn-Car玻璃的手性微环境可诱导手性钙钛矿NCs形成，而L-Car的功能基团可通过配位键钝化钙钛矿NCs表面缺陷，从而提高杂化材料的PLQY和CPL稳定性。

作者团队提出一种新颖有效的策略，通过在L-Zn-Car手性肽玻璃中原位生长MAPbBr₃钙钛矿NCs来制备高性能CPL活性钙钛矿。L-Zn-Car手性玻璃同时作为手性模板和保护基质，为MAPbBr₃ NCs的成核和生长提供受限手性微环境。L-Car的咪唑/羧酸根基团与MAPbBr₃ NCs之间的强配位不仅有效消除钙钛矿NCs表面缺陷，而且保证高效手性传递。此外，高效Förster共振能量转移(FRET)过程进一步增强MAPbBr₃NCs的CPL性能。所得MAPbBr₃@L-Zn-Car手性玻璃表现出明亮绿色CPL发射，具有高g_lum(2.14×10^-2)、高PLQY(76%)和大幅改善的环境稳定性。进一步地，这些高性能CPL活性材料在手性发光二极管(LEDs)中展现出巨大潜力，所制备MAPbBr₃@L/D-Zn-Car CPL-LED实现了高发光效率(68.5 lm/W)和显著CPL特性。作者团队研究不仅为高性能手性钙钛矿CPL材料的合理设计提供了新方法，而且拓展了其手性光电子领域的应用前景。

结果与讨论

图1. (a) MAPbBr₃@L/D-Zn-Car手性肽玻璃原位生长的示意图。(b) L-Zn-Car、Pb²⁺@L-Zn-Car和MAPbBr₃@L-Zn-Car的XRD图谱。(c) DSC曲线。(d) L-Zn-Car、Pb²⁺@L-Zn-Car和MAPbBr₃@L-Zn-Car的PL光谱、光吸收光谱及相应照片。

图2.(a) MAPbBr₃NCs在L-Zn-Car中原位生长的XRD图谱。(b) 该原位生长的PL光谱及相应照片。(c) MAPbBr₃@L-Zn-Car玻璃从顶部到底部不同截面深度处采集的三维CLSM图像。(d) MAPbBr₃ NCs和MAPbBr₃@L-Zn-Car激子发射的PL衰减曲线。(e) L-Zn-Car和MAPbBr₃@L-Zn-Car供体发射的PL衰减曲线。(f) MAPbBr₃@L-Zn-Car中FRET过程的能级图。

图3.(a) L/D-Zn-Car和MAPbBr₃@L/D-Zn-Car的CD光谱。(b) CPL光谱。(c) g_lum值。(d) 偏振发射测试系统示意图。(e) MAPbBr₃@L/D-Zn-Car荧光强度与偏振角之间的极坐标图。

图4. (a) MAPbBr₃@L-Zn-Car中可能结合构型的DFT理论计算。(b) Pb²⁺@L-Zn-Car中结合网络的示意图。(c) L-Car、L-Zn-Car、Pb²⁺@L-Zn-Car和MAPbBr₃@L-Zn-Car的FT-IR光谱。(d) L-Zn-Car、Pb²⁺@L-Zn-Car和MAPbBr₃@L-Zn-Car的O 1s、(e) N 1s、(f) Pb 4f高分辨XPS精细光谱。

图5.(a) Pb箔、PbO和MAPbBr₃@L-Zn-Car的Pb L₃边XANES光谱。(b) Pb箔、PbO和MAPbBr₃@L-Zn-Car的R空间FT-EXAFS光谱。(c) MAPbBr₃@L-Zn-Car的Pb L₃边EXAFS的R空间FT-EXAFS拟合曲线。

图6.(a) MAPbBr₃NCs和(b) MAPbBr₃@L-Zn-Car在连续紫外照射下的光稳定性测试。(c) MAPbBr₃ NCs和MAPbBr₃@L-Zn-Car的照射时间依赖归一化PL强度。(d) MAPbBr₃ NCs和(e) MAPbBr₃@L-Zn-Car随储存时间延长的储存稳定性测试。(f) MAPbBr₃ NCs和MAPbBr₃@L-Zn-Car的储存时间依赖归一化PL强度。

图7. (a) MAPbBr₃@L-Zn-Car CPL-LED的PL光谱和照片。(b) 紫外泵浦CPL-LED的CPL检测示意图。(c) 通过左旋和右旋CPL滤光片测量的MAPbBr₃@L/D-Zn-Car CPL-LEDs的PL光谱。(d) MAPbBr₃@L/D-Zn-Car CPL-LEDs的CPL光谱。(e) 升高工作电流下MAPbBr₃@L-Zn-Car CPL-LED的PL光谱。(f) MAPbBr₃@L-Zn-Car LED在不同工作电流下的发光效率。(g) MAPbX₃@L-Zn-Car(X = Cl、Br、I)玻璃的PL光谱。(h) MAPbX₃@L-Zn-Car白色CPL-LED的PL光谱和照片，以及(i)其CIE色坐标。

结论

总之，作者团队研究开发了一种新途径，通过将MAPbBr₃NCs集成到L/D-Zn-Car手性肽玻璃中构建高性能CPL活性钙钛矿复合材料。所得MAPbBr₃@L/D-Zn-Car手性玻璃表现出优异手性光学性能，最大|g_lum|为2.14×10^-2，PLQY高达76%。结合DFT计算和EXAFS表征证实，MAPbBr₃ NCs与手性L/D-Zn-Car基质之间的强配位相互作用促进高效手性传递，使嵌入的MAPbBr₃NCs继承手性L/D-Zn-Car玻璃的手性。并且激子动力学分析进一步证实，L/D-Zn-Car与MAPbBr₃ NCs之间的高效FRET过程进一步有效放大CPL发射信号。得益于优异CPL性能和显著增强的结构稳定性，MAPbBr₃@L/D-Zn-Car手性玻璃在先进手性光电子器件中具有巨大前景。此外，所制备MAPbBr₃@L/D-Zn-Car CPL-LED实现了高发光效率和显著CPL特性，展现出在下一代圆偏振光显示技术中的巨大应用潜力。

文章信息：Chiral Peptide Glass-Templated MAPbBr₃Nanocrystals: Enhanced Circularly Polarized Luminescence Performance and Stability for Chiral Optoelectronic Applications. 2026.

https://doi.org/10.1002/adfm.79193.

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