无机-有机杂化半导体材料研究进展及在节能照明领域的应用

  默语白书        2019-11-21 11:23:30

固态照明(SSL)技术由于其在节能和减少环境污染方面的优势,正逐渐取代传统的照明光源。因此,开发可应用在SSL设备的高性能发光材料成为近十年来的一个非常热门的研究方向。这些发光材料可作为发光二极管(LEDs)或有机发光二极管(OLEDs)的荧光粉或发射层。本综述简要总结了近年来不同种类的具有优越发光性能的无机-有机杂化半导体材料最新研究进展,并探讨其在节能发光照明领域的应用前景。


研究背景:


近年来,能源与环境问题日益严峻,开发新能源材料成为材料研究的重点。提高能源效率的最有效方法是用更高效的替代品取代传统的高能耗技术。用于照明的固态照明(SSL)技术,包括发光二极管(LED)和有机发光二极管(OLED),比传统照明设备的效率和寿命要高得多。由于通用照明在全球能源消耗中占有相当大的比重,SSL在照明和显示行业掀起了一场革命,被广泛认为是未来的照明技术。荧光材料是LED和OLED不可缺少发光部件。目前商业化的荧光材料有多种,但其普遍含有稀土金属元素。稀土元素的开采和提炼,尤其是在利益的驱使下出现大量非法开采对环境造成了严重的损害,同时也存在着巨大的安全隐患。由于这些原因,开发新型的性能更优越的发光照明材料仍具有重要意义。


无机-有机杂化半导体材料是一类由无机半导体材料和有机配体通过化学键结合形成的从零维到三维的杂化结构。由于这类杂化材料结构中既有无机组分也有有机组分,因此其不仅具有原无机半导体材料所具有的光、电、磁等性能,也兼具了有机组分的柔性、可溶性和可调节性等。此外,通过无机组分和有机组分的融合这类半导体材料又会衍生出新的性能。在过去的几十年里,多个杂化半导体材料体系被开发,其光电性能不断的被发掘,已成为太阳能电池和节能照明领域的研究热点(图1)。其中很多材料有望发展成为商业化荧光材料的无稀土元素的替代品而应用于固态节能照明领域。

无机-有机杂化半导体材料研究进展及在节能照明领域的应用

图1.无机-有机杂化半导体材料及其在新能源领域应用示意图


内容简介:


1.综述了近年来一些重要的无机-有机杂化荧光半导体材料的研究进展


无机-有机杂化半导体材料很早就有报道且种类结构复杂多样。基于其无机组分的不同,可对其进行简单直接的分类。本文主要介绍五类基于二元无机半导体的杂化材料,它们是基于(1)IB-VIA,(2)IIB-VIA,(3)IB-VIIA,(4)IVA-VIIA,and(5)VA-VIIA族半导体的杂化材料。这五大类中一些具有代表性的杂化材料在本文中被详细介绍,并对其光物理性质进行了归纳总结,展示其在节能照明领域中的应用。

无机-有机杂化半导体材料研究进展及在节能照明领域的应用

图2.无机-有机杂化材料发展的重要里程。


2.讨论了无机-有机杂化荧光半导体材料的结构设计策略和发光机理


本文总结了无机-有机杂化荧光半导体材料的设计合成策略,通过对传统水热、溶剂热方法的改进,可实现这类材料的可控性合成和绿色合成。同时深入探讨了无机-有机杂化半导体材料结构与发光性能之间的构效关系,讨论了材料的优化改性设计策略和发光机理。针对不同类型的杂化材料,总结多种对杂化材料进行优化改性的方法和技术,以提高这类材料发光效能和稳定性,延长器件的使用寿命。


3.无机-有机杂化荧光半导体材料研究展望


虽然杂化材料中部分成员表现出非常卓越的发光性能,但它们商业化荧光粉相比依旧存在着差距。设计和合成新一代照明材料仍然是一项非常重要但具有挑战性的任务。一种理想的照明材料应该是由地球上储量丰富且价格低廉的元素组成,接近100%的量子效率和极高的稳定性。由于目前的白光荧光粉通常会发出“冷”白光,因此对高效的红光材料的需求不断增加。将理论研究与实验研究结合起来,是设计开发高性能杂化荧光粉材料的重要手段。


作者简介:


刘威


副教授,深圳职业技术学院霍夫曼先进材料研究院


教育背景


2010-2017美国罗格斯新泽西州立大学博士


2006-2010南京大学学士


研究方向以及成就


刘威副教授本科毕业于南京大学化学化工学院,随后在美国新泽西州立罗格斯大学获得博士学位,指导教授为李静教授。现就职于深圳职业技术学院霍夫曼先进材料研究院。他多年来一直从事有机-无机杂化半导体材料的研究及其在新能源与清洁能源领域的应用,相关工作先后发表在J.Am.Chem.Soc.、Adv.Funct.Mater.、J.Mater.Chem.C等杂志上。


李静


教授,美国罗格斯新泽西州立大学,深圳职业技术学院霍夫曼先进材料研究院


教育背景


1984-1989美国康奈尔大学博士


研究方向以及成就


李静教授现任美国新泽西州立罗格斯大学化学与化学生物学系资深终身教授,深圳职业技术学院霍夫曼先进材料研究院院长。她1984-1989年在康奈尔大学师从霍夫曼教授(1981年诺贝尔化学家得主)获得博士学位,1989-1991年在康奈尔大学的Francis J.DiSalvo教授(美国国家科学院院士)指导下进行博士后研究工作。1991年开始在罗格斯大学化学系任教至今。她1995年获得美国总统教授奖,2008年受聘教育部“长江学者”讲座教授,2012年获得美国能源部颁发的首届清洁能源创新贡献奖,并入选2012年美国科学促进协会会员,2013年获得德国洪堡基金会的洪堡研究奖(Humboldt Research Award),2015年入选皇家化学学会会员(FRSC),主要研究方向为新型多功能导电发光材料和微孔材料及在节能LED、太阳能电池、气体吸附分离捕捉和化学传感方面的应用,迄今发表学术论文340余篇,并拥有14项专利。


来源:EnergyChemNews,作者EnergyChem 学术交流

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