Les pérovskites halogénées métalliques se sont révélées être des matériaux candidats très prometteurs pour les applications d'émission de lumière grâce à leur bande interdite ajustable et à leur excellente pureté de couleur. Malgré des progrès significatifs dans la recherche sur les diodes électroluminescentes (DEL) à base de pérovskite, leur stabilité opérationnelle demeure un défi majeur pour les applications pratiques. Les octaèdres [PbX₆]⁴⁻, dont les sommets sont liés par des cations Pb²⁺, constituent la structure fondamentale de ces matériaux et déterminent principalement leur configuration électronique et leurs propriétés optiques. Cependant, l'instabilité structurale intrinsèque de ces octaèdres représente un obstacle important à leur commercialisation.
L'incorporation d'halogénures mixtes (Br─Cl) dans la composition de la pérovskite permet une ingénierie efficace de la bande interdite afin d'ajuster l'émission bleue, faisant des systèmes à halogénures mixtes d'excellents candidats pour les LED pérovskites bleues. Cependant, une incorporation importante de chlore induit inévitablement une distorsion octaédrique due aux différences de longueur des liaisons Pb─X, conduisant à des états de défauts profonds, exacerbant la recombinaison non radiative et réduisant le rendement quantique de photoluminescence. De plus, la nature ionique molle des cristaux de pérovskite favorise une migration ionique importante sous polarisation électrique, particulièrement marquée dans les systèmes à halogénures mixtes, entraînant la formation de défauts d'halogénures métalliques, l'effondrement irréversible des octaèdres [PbX₆]⁴⁻ et une forte ségrégation des halogénures. Des efforts considérables ont été déployés pour atténuer l'instabilité structurale des octaèdres. La dégradation structurale du réseau pérovskite est principalement attribuée aux lacunes d'halogénures, ce qui a conduit à l'introduction de molécules organiques ciblées contenant des atomes d'oxygène, de soufre et d'azote dans la matrice pérovskite. Ces ligands fonctionnels se coordonnent aux ions Pb²⁺ insaturés par don d'électrons ou par liaison de doublets non liants. Malgré ces progrès, l'introduction de tels additifs moléculaires induit inévitablement la présence d'espèces organiques exogènes, qui présentent souvent une faible affinité de liaison avec le réseau pérovskite. Par ailleurs, le contrôle précis de la cinétique de cristallisation pour la synthèse de systèmes pérovskites à halogénures mixtes, présentant une intégrité cristalline et une uniformité de composition supérieures, a été souligné comme une méthode efficace pour atténuer les contraintes du réseau.
Récemment, l'ingénierie des pseudohalogénures s'est révélée une stratégie efficace pour améliorer la stabilité et les caractéristiques d'émission des pérovskites halogénées métalliques. Parmi les différentes approches, les anions thiocyanate sont largement utilisés pour renforcer la robustesse structurale et limiter la formation de défauts dans les systèmes pérovskites à émission blanche ou à large bande, généralement grâce à une forte coordination ou une incorporation partielle dans le réseau cristallin. Si ces méthodes améliorent efficacement la stabilité globale, leur application aux pérovskites quasi-bidimensionnelles à émission bleue est plus complexe, ces dernières nécessitant un contrôle strict des phases et une distorsion minimale du réseau pour maintenir une pureté de couleur élevée. Dans ce contexte, les stratégies d'ajout alternatives qui stabilisent les pérovskites principalement par des interactions interfaciales et de surface (plutôt que par substitution dans le réseau) sont particulièrement importantes. Les techniques de croissance hétéroépitaxiale se sont avérées efficaces pour la préparation de films de pérovskite à faible défaut, alignés cristallographiquement et relâchés de contraintes, tout en renforçant la stabilité structurale du réseau octaédrique. Cependant, ces méthodes requièrent un contrôle rigoureux des paramètres de reproductibilité du procédé et des conditions de préparation. Par conséquent, la mise au point d'une stratégie simple et efficace pour stabiliser les amas octaédriques inclinés demeure un besoin critique non satisfait dans ce domaine.
He Yiming et Lyuchao Zhuang, de l'Université normale du Zhejiang, et Wei Gao, de l'Institut de technologie de Shanghai, ont proposé une nouvelle stratégie utilisant des trifluorométhanesulfonates de métaux alcalins comme stabilisateurs de réseau multifonctionnels. Le groupe sulfonate se coordonne aux ions Pb²⁺ exposés par des liaisons O─Pb─O, supprimant efficacement les défauts de surface et empêchant l'effondrement de la structure. De plus, les ions de métaux alcalins renforcent la stabilité structurale par interactions ioniques, tandis que le fluor améliore la stabilité photochimique et la résistance à l'humidité. Ce mécanisme de stabilisation synergique réduit considérablement la recombinaison non radiative et améliore l'efficacité du transfert d'énergie, permettant d'atteindre un rendement quantique de photoluminescence remarquable de 65,32 %. Par ailleurs, la forte électronégativité du groupe trifluorométhyle contribue à la formation de films uniformes et lisses, facilitant ainsi l'injection des porteurs de charge. En conséquence, la diode électroluminescente à pérovskite bleue optimisée atteint un rendement quantique externe maximal de 15,60 %. Ce travail établit une stratégie généralisable pour la stabilisation de la structure octaédrique, qui devrait accélérer la commercialisation des diodes électroluminescentes à pérovskite bleue haute performance.
