本研究由 Chao Fan、Haipeng Liu、Jianwu Zhou、Xingliang Dai、Haiping He 和 Zhizhen Ye 等人完成，主要作者来自浙江大学温州研究院新型光电子与纳米材料温州市重点实验室、浙江大学材料科学与工程学院硅材料国家重点实验室，以及温州鑫鑫泰晶科技有限公司和山西浙大先进材料与化工研究院。该论文发表于 InfoMat 期刊，2023 年第 5 卷第 7 期，文章编号 e12417，发表日期为 2023 年，DOI 为 10.1002/inf2.12417。

本研究属于光电材料与显示技术领域，研究对象为全无机钙钛矿纳米晶（perovskite nanocrystals, NCs），具体聚焦于 CsPbBr₃ 纳米晶在显示器件中的应用稳定性问题。CsPbX₃（X = Cl, Br, I）钙钛矿纳米晶因其可调带隙、窄半高宽（full width at half-maxima, FWHM）、高光致发光量子产率（photoluminescence quantum yield, PLQY）以及低成本制备等优势，被认为是液晶显示器（liquid-crystal displays, LCDs）背光下转换材料的理想候选。然而，这类材料在实际应用中面临严重挑战：在氧气、湿气、光照和热应力作用下，其物相和结构容易退化，导致发光性能下降。已有策略包括将 CsPbX₃ 嵌入无机基质如金属卤化物（如 Cs₄PbBr₆、CaF₂、KBr）、金属氧化物（如 SiO₂、Al₂O₃）或玻璃中，以提高其稳定性。其中，Cs₄PbBr₆ 基质具有与 CsPbBr₃ 相近的晶格常数，可以钝化 CsPbBr₃ 纳米晶的表面缺陷，从而提升 PLQY 和热稳定性，但其抗湿性较差；而单一的二氧化硅分子筛（molecular sieve, MS）模板虽然可以隔离外界环境，但所得复合材料的 PLQY 通常低于 80%，且难以在湿度–热–光协同老化条件下长期稳定。因此，本研究的目标是通过双基质封装（dual-matrix encapsulation）策略同时提升 CsPbBr₃ 纳米晶的光学性能和综合稳定性。

在具体工作流程方面，研究首先采用高温固相合成方法制备 CsPbBr₃@Cs₄PbBr₆/MS 复合材料。实验中将 CsBr 和 PbBr₂ 前驱体与 MCM-41 型二氧化硅分子筛粉末混合，在 580°C 下加热 30 分钟。根据 CsBr–PbBr₂ 二元体系相图，通过精确控制前驱体中 CsBr/PbBr₂ 摩尔比，可以在分子筛介孔中原位生长 CsPbBr₃@Cs₄PbBr₆ 纳米复合材料。随着 CsBr/PbBr₂ 比从 1 增加到 2，X 射线粉末衍射（powder X-ray diffraction, PXRD）显示 Cs₄PbBr₆ 相的衍射峰逐渐增强，表明 Cs₄PbBr₆ 含量增加；当比例超过 2.5 时，几乎观察不到 CsPbBr₃ 的衍射峰。吸收光谱也显示出相应的物相演变，CsPbBr₃ 的吸收峰位于约 515 nm，Cs₄PbBr₆ 的特征吸收峰位于约 315 nm。此外，研究还精确控制了高温烧结后的冷却速率。当冷却速率从 40°C min⁻¹ 降低至 2°C min⁻¹ 时，复合材料的 PL 峰从 507 nm 红移至 520 nm，PL 强度增强了 25 倍，说明低冷却速率有利于 CsPbBr₃ 纳米晶的尺寸增大和结晶性提高。

在优化 CsBr/PbBr₂ = 2 和低冷却速率条件下，所得 CsPbBr₃@Cs₄PbBr₆/MS 复合材料的 PLQY 达 92 ± 7%，而 CsBr/PbBr₂ = 1 时仅为 45 ± 7%。时间分辨光致发光（time-resolved photoluminescence, TRPL）衰减曲线显示 CsBr/PbBr₂ = 2 的样品具有最长的平均寿命 53.6 ns，进一步证明 Cs₄PbBr₆ 基质对 CsPbBr₃ 纳米晶表面缺陷的有效钝化。透射电子显微镜（transmission electron microscopy, TEM）观察到原始 MCM-41 分子筛具有广泛的介孔结构，固相合成后介孔结构坍塌，CsPbBr₃@Cs₄PbBr₆ 纳米复合材料被封装在分子筛内。高分辨 TEM 图像显示壳层和核层分别具有 0.31 nm 和 0.29 nm 的晶格间距，对应于 Cs₄PbBr₆ 的 (214) 面和 CsPbBr₃ 的 (220) 面，证实了双基质封装结构。

在稳定性测试中，研究系统比较了 CsPbBr₃@Cs₄PbBr₆/MS 复合材料、CsPbBr₃/MS 复合材料和无基质封装的胶体 CsPbBr₃ 量子点（quantum dots, QDs）在湿度、热和光辐照条件下的表现。水分稳定性测试表明，CsPbBr₃@Cs₄PbBr₆/MS 和 CsPbBr₃/MS 复合材料在水中分散 100 天后 PL 强度几乎无衰减，而 CsPbBr₃ QDs 在 90% 相对湿度下暴露 20 小时后 PL 强度降至初始值的 74%。光稳定性测试显示，CsPbBr₃@Cs₄PbBr₆/MS 复合材料在 350 mW cm⁻² 蓝光照射 36 小时后保持 99% 的初始 PL 强度，而 CsPbBr₃/MS 复合材料仅保持 76%。热稳定性测试中，CsPbBr₃@Cs₄PbBr₆/MS 复合材料在一次加热–冷却循环（30–180°C）后保持 93% 的初始 PL 强度，CsPbBr₃/MS 复合材料仅保持 59%。PXRD 结果表明两种复合材料在加热或蓝光照射后物相均未发生变化，但 CsPbBr₃/MS 复合材料的 PL 寿命降低，说明缺陷辅助非辐射复合加速；而 CsPbBr₃@Cs₄PbBr₆/MS 复合材料的 PL 寿命几乎不变，证明 Cs₄PbBr₆ 基质有效抑制了光或热诱导缺陷的形成。

在商业加速老化测试中，基于 CsPbBr₃@Cs₄PbBr₆/MS 复合材料的扩散板在 85% 相对湿度、85°C 温度和 350 mW cm⁻² 蓝光照射的协同条件下老化 1000 小时后，仍保持 80% 以上的初始 PL 强度；而基于 CsPbBr₃/MS 复合材料的扩散板在相同条件下老化 610 小时后 PL 强度降至 67%。这些结果表明双基质封装显著优于单基质封装。此外，该策略可实现大规模生产（一次超过 10 g），且每 10 g 复合材料可制备 6.5 平方米扩散板，展示了工业化应用潜力。研究进一步将 CsPbBr₃@Cs₄PbBr₆/MS（发射峰 520 nm）与 CsPbBr₁.₅I₁.₅/MS（发射峰 630 nm）混合制备扩散板，并用于 7 英寸 LCD 背光。该显示器色域达到 NTSC（National Television Standards Committee）标准的 131%，显著宽于使用普通荧光粉的商用 LCD。

本研究的核心结论是，双基质封装策略通过结合 Cs₄PbBr₆ 基质的表面缺陷钝化作用和 MS 基质的完全隔离作用，成功实现了兼具高 PLQY（>90%）和优异综合稳定性的钙钛矿发光材料。在 85% 湿度、85°C 温度和 350 mW cm⁻² 蓝光照射的严苛协同老化条件下，基于该复合材料的扩散板经过 1000 小时老化后仍保持 80% 以上 PL 强度。该研究不仅为解决钙钛矿纳米晶在实际显示应用中的稳定性问题提供了有效方案，而且阐明了缺陷钝化与坚固封装对提升综合稳定性的关键作用。其科学价值在于揭示了双基质协同稳定机制，应用价值则体现在该策略可兼容工业化大规模生产，并为高质量显示器件提供了高性能发光材料。

本研究的亮点包括：首次报道了在湿度–热–光协同老化条件下仍能保持高稳定性的钙钛矿发光材料；创新性地将 Cs₄PbBr₆ 的表面钝化功能与分子筛的物理隔离功能相结合；通过简单的固相合成工艺实现了高 PLQY 和大规模制备；所制备的 LCD 背光模块色域达到 NTSC 标准的 131%，优于传统荧光粉背光。此外，研究还展示了该复合材料在水中和不同卤素组分纳米晶共混时的优异化学稳定性，进一步证明分子筛封装可有效防止卤素离子互扩散。这些结果共同表明双基质封装策略在显示技术领域具有广阔的应用前景。