香港理工大學（理大）研究人員開發出一項雙缺陷抑制策略，成功大幅提升無鉛量子材料的發光效率，為先進光電子裝置提供更安全、環保的材料選擇。無鉛鈣鈦礦納米材料被視為新一代光電子技術的重要候選材料，但錫鹵化物鈣鈦礦納米晶體長期受制於發光效率偏低的問題。理大應用物理學系助理教授殷駿教授利用材料計算設計，提出雙缺陷抑制策略，使錫鹵化物鈣鈦礦納米晶體的光致發光量子產率突破至42.4%，刷新同類材料紀錄，較過往報告提升逾80倍。
近年來，鈣鈦礦納米晶體在光電元件領域的應用迅速發展，從智能電話與電視中的高品質顯示技術，到新世代太陽能電池與光電探測器，均展現出廣泛應用前景。然而，目前性能優異的鈣鈦礦材料大多依賴具有毒性的鉛元素，對環境及健康構成潛在風險。因此，尋找兼具高效能與低毒性的無鉛替代材料，已成為該領域的重要研究方向。
在眾多候選材料中，錫鹵化物鈣鈦礦納米晶體因具備取代含鉛鈣鈦礦的潛力而備受關註，有望推動可持續量子材料的發展。不過，這類材料普遍存在光致發光量子產率偏低及穩定性不足等問題，限制了其實際應用。造成這些瓶頸的關鍵，在於傳統合成方法未能有效對應錫鹵化物鈣鈦礦複雜的缺陷化學特性。
為突破這一關键挑戰，殷教授與研究團隊利用材料計算為基礎，成功設計並合成出具有前所未有發光效能的錫鹵化物鈣鈦礦納米晶體。團隊提出一種可同時抑制體缺陷與表面缺陷的雙缺陷抑制合成策略，巧妙結合富錫反應條件與外源一價陽離子的引入，成功製備出甲脒錫碘化物納米晶體，並實現42.4% ± 1.0%的光致發光量子產率，比以往同類材料的報告數值提升逾80倍。相關成果已刊登於《自然·合成》（Nature Synthesis） ，不僅加深了學界對錫基鈣鈦礦缺陷化學的理解，也為高性能無鉛光電子量子材料的實際應用提供了可行途徑。
殷教授表示，基於缺陷化學深刻理解的計算材料引導合成策略，有助充分釋放錫鹵化物鈣鈦礦納米晶體作為高效無鉛量子材料的应用潛力，為發展更安全、更環保及可持續的先進光電子技術開創新方向。
資料來源：Innovation Digest
