A comprehensive study on the photo-excited relaxation dynamics in semiconducting perovskite quantum dots (PQDs) is pivotal in realizing their extensive potential for optoelectronics applications. Among different competing photoinduced relaxation kinetics, energy transfer and charge transfer (CT) in PQDs need special attention, as they often influence the device efficacy, particularly with the donor–acceptor hybrid architecture. In this work, we explore a detailed investigation into photoinduced CT dynamics in mixed halide undoped CsPb(Br/Cl)3 and Mn2+ doped CsPb(Br/Cl)3 PQDs with a quinone molecule, p-benzoquinone (BQ). The energy level alignment of undoped PQDs with BQ allows an efficient CT, whereas Mn2+ doping reduces the CT efficiency, experiencing a competition between energy transfer from host to dopant and CT to BQ. The conductive atomic force microscopy measurements unveil a direct correlation with the spectroscopic studies by showing a significant improvement in the conductance of undoped PQDs in the presence of BQ, while an inappreciable change is observed for doped PQDs. A much-reduced transition voltage and barrier height in the presence of BQ further validate faster CT for undoped PQD than the doped one. Furthermore, Mn2+ doping in PQDs is observed to enhance their stability, showing better air and thermal stability compared to their undoped counterparts. These results reveal that doping strategy can regulate the CT dynamics in these PQDs and increase their stability, which will be beneficial for the development of desired optoelectronic devices with long-term stability.

1.
Q. A.
Akkerman
,
V.
D’Innocenzo
,
S.
Accornero
,
A.
Scarpellini
,
A.
Petrozza
,
M.
Prato
, and
L.
Manna
,
J. Am. Chem. Soc.
137
,
10276
(
2015
).
2.
J. B.
Hoffman
,
A. L.
Schleper
, and
P. V.
Kamat
,
J. Am. Chem. Soc.
138
,
8603
(
2016
).
3.
J.
Shamsi
,
A. S.
Urban
,
M.
Imran
,
L.
De Trizio
, and
L.
Manna
,
Chem. Rev.
119
,
3296
(
2019
).
4.
J.
Song
,
J.
Li
,
X.
Li
,
L.
Xu
,
Y.
Dong
, and
H.
Zeng
,
Adv. Mater.
27
,
7162
(
2015
).
5.
A.
Swarnkar
,
A. R.
Marshall
,
E. M.
Sanehira
,
B. D.
Chernomordik
,
D. T.
Moore
,
J. A.
Christians
,
T.
Chakrabarti
, and
J. M.
Luther
,
Science
354
,
92
(
2016
).
6.
Y.
Xu
,
Q.
Chen
,
C.
Zhang
,
R.
Wang
,
H.
Wu
,
X.
Zhang
,
G.
Xing
,
W. W.
Yu
,
X.
Wang
,
Y.
Zhang
, and
M.
Xiao
,
J. Am. Chem. Soc.
138
,
3761
(
2016
).
7.
A. K.
Jena
,
A.
Kulkarni
, and
T.
Miyasaka
,
Chem. Rev.
119
,
3036
(
2019
).
8.
K.
Yan
,
B.
Chen
,
H.
Hu
,
S.
Chen
,
B.
Dong
,
X.
Gao
,
X.
Xiao
,
J.
Zhou
, and
D.
Zou
,
Adv. Electron. Mater.
2
,
1600160
(
2016
).
9.
X.
Li
,
F.
Cao
,
D.
Yu
,
J.
Chen
,
Z.
Sun
,
Y.
Shen
,
Y.
Zhu
,
L.
Wang
,
Y.
Wei
,
Y.
Wu
, and
H.
Zeng
,
Small
13
,
1603996
(
2017
).
10.
P.
Cottingham
and
R. L.
Brutchey
,
Chem. Mater.
28
,
7574
(
2016
).
11.
F.
Zhang
,
H.
Zhong
,
C.
Chen
,
X.-g.
Wu
,
X.
Hu
,
H.
Huang
,
J.
Han
,
B.
Zou
, and
Y.
Dong
,
ACS Nano
9
,
4533
(
2015
).
12.
M.
Imran
,
F.
Di Stasio
,
Z.
Dang
,
C.
Canale
,
A. H.
Khan
,
J.
Shamsi
,
R.
Brescia
,
M.
Prato
, and
L.
Manna
,
Chem. Mater.
28
,
6450
(
2016
).
13.
L.
Protesescu
,
S.
Yakunin
,
M. I.
Bodnarchuk
,
F.
Krieg
,
R.
Caputo
,
C. H.
Hendon
,
R. X.
Yang
,
A.
Walsh
, and
M. V.
Kovalenko
,
Nano Lett.
15
,
3692
(
2015
).
14.
C.
Eames
,
J. M.
Frost
,
P. R. F.
Barnes
,
B. C.
O’Regan
,
A.
Walsh
, and
M. S.
Islam
,
Nat. Commun.
6
,
7497
(
2015
).
15.
C.
Guhrenz
,
A.
Benad
,
C.
Ziegler
,
D.
Haubold
,
N.
Gaponik
, and
A.
Eychmüller
,
Chem. Mater.
28
,
9033
(
2016
).
16.
G.
Nedelcu
,
L.
Protesescu
,
S.
Yakunin
,
M. I.
Bodnarchuk
,
M. J.
Grotevent
, and
M. V.
Kovalenko
,
Nano Lett.
15
,
5635
(
2015
).
17.
A. H.
Slavney
,
R. W.
Smaha
,
I. C.
Smith
,
A.
Jaffe
,
D.
Umeyama
, and
H. I.
Karunadasa
,
Inorg. Chem.
56
,
46
(
2017
).
18.
M.-G.
Ju
,
M.
Chen
,
Y.
Zhou
,
J.
Dai
,
L.
Ma
,
N. P.
Padture
, and
X. C.
Zeng
,
Joule
2
,
1231
(
2018
).
19.
S.
Chakraborty
,
W.
Xie
,
N.
Mathews
,
M.
Sherburne
,
R.
Ahuja
,
M.
Asta
, and
S. G.
Mhaisalkar
,
ACS Energy Lett.
2
,
837
(
2017
).
20.
V. A.
Vlaskin
,
N.
Janssen
,
J.
van Rijssel
,
R.
Beaulac
, and
D. R.
Gamelin
,
Nano Lett.
10
,
3670
(
2010
).
21.
W.
Liu
,
Q.
Lin
,
H.
Li
,
K.
Wu
,
I.
Robel
,
J. M.
Pietryga
, and
V. I.
Klimov
,
J. Am. Chem. Soc.
138
,
14954
(
2016
).
22.
A. K.
Guria
,
S. K.
Dutta
,
S. D.
Adhikari
, and
N.
Pradhan
,
ACS Energy Lett.
2
,
1014
(
2017
).
23.
R. N.
Bhargava
,
D.
Gallagher
,
X.
Hong
, and
A.
Nurmikko
,
Phys. Rev. Lett.
72
,
416
(
1994
).
24.
D. J.
Norris
,
A. L.
Efros
, and
S. C.
Erwin
,
Science
319
,
1776
(
2008
).
25.
S. C.
Erwin
,
L.
Zu
,
M. I.
Haftel
,
A. L.
Efros
,
T. A.
Kennedy
, and
D. J.
Norris
,
Nature
436
,
91
(
2005
).
26.
J.
Zhu
,
X.
Yang
,
Y.
Zhu
,
Y.
Wang
,
J.
Cai
,
J.
Shen
,
L.
Sun
, and
C.
Li
,
J. Phys. Chem. Lett.
8
,
4167
(
2017
).
27.
C.
Harris
and
P. V.
Kamat
,
ACS Nano
3
,
682
(
2009
).
28.
J. R.
Lakowicz
,
Principles of Fluorescence Spectroscopy
(
Springer
,
1999
), p.
25
.
29.
B.
Valeur
and
M. N.
Berberan-Santos
,
Molecular Fluorescence: Principles and Applications
(
John Wiley and Sons
,
2012
).
30.
J. T.
DuBose
and
P. V.
Kamat
,
Chem. Rev.
122
,
12475
(
2022
).
31.
P. V.
Kamat
,
N.
Pradhan
,
K.
Schanze
,
P. S.
Weiss
,
J.
Buriak
,
P.
Stang
,
T. W.
Odom
, and
G.
Hartland
,
ACS Energy Lett.
5
,
2253
(
2020
).
33.
J. T.
DuBose
and
P. V.
Kamat
,
J. Am. Chem. Soc.
145
,
4601
(
2023
).
34.
A.
Boulesbaa
,
Z.
Huang
,
D.
Wu
, and
T.
Lian
,
J. Phys. Chem. C
114
,
962
(
2010
).
35.
H.
Si
,
S.
Zhang
,
S.
Ma
,
Z.
Xiong
,
A.
Kausar
,
Q.
Liao
,
Z.
Zhang
,
A.
Sattar
,
Z.
Kang
, and
Y.
Zhang
,
Adv. Energy Mater.
10
,
1903922
(
2020
).
36.
J. M.
Beebe
,
B.
Kim
,
J. W.
Gadzuk
,
C.
Daniel Frisbie
, and
J. G.
Kushmerick
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
026801
(
2006
).
37.
H.
Sun
,
J.
Zhang
,
X.
Gan
,
L.
Yu
,
H.
Yuan
,
M.
Shang
,
C.
Lu
,
D.
Hou
,
Z.
Hu
,
Y.
Zhu
, and
L.
Han
,
Adv. Energy Mater.
9
,
1900896
(
2019
).
38.
R.
Behera
,
A.
Sau
,
L.
Mishra
,
K.
Bera
,
S.
Mallik
,
A.
Nayak
,
S.
Basu
, and
M. K.
Sarangi
,
J. Phys. Chem. C
123
,
27937
(
2019
).
39.
R. K.
Behera
,
L.
Mishra
,
S.
Mondal
,
S.
Kumar
,
A.
Panigrahi
,
S.
Singha
,
S.
Basu
, and
M. K.
Sarangi
,
J. Phys. Chem. C
125
,
17418
(
2021
).
40.
R. K.
Behera
,
L.
Mishra
,
A.
Panigrahi
,
P. K.
Sahoo
, and
M. K.
Sarangi
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
14
,
5750
(
2022
).
41.
R. K.
Behera
,
A.
Sau
,
L.
Mishra
,
S.
Mondal
,
K.
Bera
,
S.
Kumar
,
S.
Basu
, and
M. K.
Sarangi
,
Sci. Rep.
10
,
18454
(
2020
).
42.
L.
Mishra
,
R. K.
Behera
,
A.
Panigrahi
,
P.
Dubey
,
S.
Dutta
, and
M. K.
Sarangi
,
J. Phys. Chem. Lett.
14
,
2651
(
2023
).
43.
L.
Mishra
,
R. K.
Behera
,
A.
Panigrahi
, and
M. K.
Sarangi
,
J. Phys. Chem. Lett.
13
,
4357
(
2022
).
44.
L.
Cheng
,
R.
Hu
,
M.
Jiang
,
Y.
Men
,
Y.
Wang
,
J.
Li
,
T.
Jia
,
Z.
Sun
, and
D.
Feng
,
Nano Res.
(published online) (
2024
).
45.
G.
Huang
,
C.
Wang
,
S.
Xu
,
S.
Zong
,
J.
Lu
,
Z.
Wang
,
C.
Lu
, and
Y.
Cui
,
Adv. Mater.
29
,
1700095
(
2017
).
46.
J.
Ma
,
Q.
Yao
,
J. A.
McLeod
,
L.-Y.
Chang
,
C.-W.
Pao
,
J.
Chen
,
T.-K.
Sham
, and
L.
Liu
,
Nanoscale
11
,
6182
(
2019
).
47.
X.
Yuan
,
S.
Ji
,
M. C.
De Siena
,
L.
Fei
,
Z.
Zhao
,
Y.
Wang
,
H.
Li
,
J.
Zhao
, and
D. R.
Gamelin
,
Chem. Mater.
29
,
8003
(
2017
).
48.
Z.
Yang
,
X.
Yuan
,
Y.
Song
,
M.
Chen
,
K.
Xing
,
S.
Cao
,
J.
Zheng
, and
J.
Zhao
,
J. Phys. Chem. C
127
,
21227
(
2023
).
49.
J.
Ma
,
H.
Wu
,
J.
Qiu
,
J.
Wang
,
Q.
Wang
,
Y.
Yang
,
D.
Zhou
, and
J.
Han
,
J. Mater. Chem. C
7
,
3751
(
2019
).
50.
Z.
Shi
,
S.
Li
,
Y.
Li
,
H.
Ji
,
X.
Li
,
D.
Wu
,
T.
Xu
,
Y.
Chen
,
Y.
Tian
,
Y.
Zhang
,
C.
Shan
, and
G.
Du
,
ACS Nano
12
,
1462
(
2018
).
51.
X.
He
,
Y.
Qiu
, and
S.
Yang
,
Adv. Mater.
29
,
1700775
(
2017
).
52.
W.
Lv
,
X.
Tang
,
L.
Li
,
L.
Xu
,
M.
Li
,
R.
Chen
, and
W.
Huang
,
J. Phys. Chem. C
123
,
24313
(
2019
).
53.
L.
Mishra
,
A.
Panigrahi
,
P.
Dubey
, and
M. K.
Sarangi
,
J. Appl. Phys.
132
,
195702
(
2022
).
54.
W.
Wang
,
J.
Li
,
G.
Duan
,
H.
Zhou
,
Y.
Lu
,
T.
Yan
,
B.
Cao
, and
Z.
Liu
,
J. Alloys Compd.
821
,
153568
(
2020
).
55.
A. H.
Davis
,
S.
Li
,
H.
Lin
,
C.
Chu
,
J. M.
Franck
,
G.
Leem
,
M. M.
Maye
, and
W.
Zheng
,
J. Mater. Chem. C
9
,
14226
(
2021
).
56.
J.
Wang
,
L.
Xiong
,
Y.
Bai
,
Z.
Chen
,
Q.
Zheng
,
Y.
Shi
,
C.
Zhang
,
G.
Jiang
, and
Z.
Li
,
Sol. RRL
6
,
2200294
(
2022
).
57.
S.
Zou
,
Y.
Liu
,
J.
Li
,
C.
Liu
,
R.
Feng
,
F.
Jiang
,
Y.
Li
,
J.
Song
,
H.
Zeng
,
M.
Hong
, and
X.
Chen
,
J. Am. Chem. Soc.
139
,
11443
(
2017
).
58.
C.
Holder
and
R. E.
Schaak
,
ACS Nano
13
,
7359
(
2019
).
59.
D.
Parobek
,
B. J.
Roman
,
Y.
Dong
,
H.
Jin
,
E.
Lee
,
M.
Sheldon
, and
D. H.
Son
,
Nano Lett.
16
,
7376
(
2016
).
60.
D.
Li
,
X.
Li
,
T.
Zhao
,
H.
Liu
,
S.
Jiang
,
Q.
Zhang
,
H.
Ågren
, and
G.
Chen
,
ACS Nano
14
,
12596
(
2020
).
61.
J. A.
Peters
,
Z.
Liu
,
R.
Yu
,
K. M.
McCall
,
Y.
He
,
M. G.
Kanatzidis
, and
B. W.
Wessels
,
Phys. Rev. B
100
,
235305
(
2019
).
62.
A.
Zhao
,
Y.
Sheng
,
C.
Liu
,
S.
Yuan
,
X.
Shan
,
Y.
Di
, and
Z.
Gan
,
Nanotechnology
32
,
135701
(
2021
).
63.
V.
Naresh
,
M.-K.
Cho
,
P.-R.
Cha
, and
N.
Lee
,
ACS Appl. Nano Mater.
6
,
4693
(
2023
).
64.
K.
Xu
,
E. T.
Vickers
,
B.
Luo
,
A. C.
Allen
,
E.
Chen
,
G.
Roseman
,
Q.
Wang
,
D. S.
Kliger
,
G. L.
Millhauser
,
W.
Yang
,
X.
Li
, and
J. Z.
Zhang
,
J. Phys. Chem. Lett.
11
,
1162
(
2020
).
65.
A.
Biswas
,
R.
Bakthavatsalam
, and
J.
Kundu
,
Chem. Mater.
29
,
7816
(
2017
).
66.
A.
Panigrahi
,
A.
Kumar
,
L.
Mishra
,
P.
Dubey
,
S.
Dutta
,
P.
Parida
, and
M. K.
Sarangi
,
J. Chem. Phys.
159
,
184704
(
2023
).
67.
A.
Kipkorir
,
X.
Jin
,
H.
Gao
, and
P. V.
Kamat
,
J. Chem. Phys.
158
,
144702
(
2023
).
68.
L.
Mishra
,
A.
Kumar
,
A.
Panigrahi
,
P.
Dubey
,
S.
Dutta
,
P.
Parida
, and
M. K.
Sarangi
,
J. Phys. Chem. Lett.
14
,
7340
(
2023
).
69.
J. T.
DuBose
and
P. V.
Kamat
,
J. Am. Chem. Soc.
143
,
19214
(
2021
).
70.
S. M.
Kobosko
,
J. T.
DuBose
, and
P. V.
Kamat
,
ACS Energy Lett.
5
,
221
(
2020
).
71.
R. A.
Marcus
and
N.
Sutin
,
Biochim. Biophys. Acta, Rev. Bioenerg.
811
,
265
(
1985
).
72.
V. K.
Ravi
,
G. B.
Markad
, and
A.
Nag
,
ACS Energy Lett.
1
,
665
(
2016
).
73.
74.
T.
Debnath
and
H. N.
Ghosh
,
J. Phys. Chem. C
123
,
10703
(
2019
).
75.
A.
Panigrahi
,
R. K.
Behera
,
L.
Mishra
,
S.
Kumar
,
P.
Dubey
,
S.
Dutta
, and
M. K.
Sarangi
,
Carbon
206
,
114
(
2023
).
76.
I.
Casuso
,
L.
Fumagalli
,
J.
Samitier
,
E.
Padrós
,
L.
Reggiani
,
V.
Akimov
, and
G.
Gomila
,
Phys. Rev. E
76
,
041919
(
2007
).
77.
J.
Xu
,
Q.
Wang
,
Z.
Tao
,
Y.
Zhai
,
C.
Guangdian
,
Z.
Qi
, and
X.
Zhang
,
IEEE Trans. Electron Devices
64
,
2364
(
2017
).
78.
L.
Mishra
,
R. K.
Behera
,
S.
Mondal
,
S.
Kumar
,
A.
Panigrahi
, and
M. K.
Sarangi
,
Carbon
178
,
594
(
2021
).
79.
N.
Darwish
,
I.
Díez-Pérez
,
P.
Da Silva
,
N.
Tao
,
J. J.
Gooding
, and
M. N.
Paddon-Row
,
Angew. Chem.
124
,
3257
(
2012
).
80.
A.
Panigrahi
,
R. K.
Behera
,
L.
Mishra
,
P.
Dubey
,
S.
Dutta
, and
M. K.
Sarangi
,
Talanta Open
7
,
100198
(
2023
).
81.
S. K.
Meladom
,
S.
Arackal
,
A.
Sreedharan
,
S.
Sagar
, and
B. C.
Das
,
RSC Adv.
8
,
26771
(
2018
).
82.
B. K.
Sarker
and
S. I.
Khondaker
,
ACS Nano
6
,
4993
(
2012
).
83.
Y.
Ji
,
J.-B.
Zhang
,
H.-R.
Shen
,
Z.
Su
,
H.
Cui
,
T.
Lan
,
J.-Q.
Wang
,
Y.-H.
Chen
,
L.
Liu
,
K.
Cao
,
W.
Shen
, and
S.
Chen
,
ACS Omega
6
,
13831
(
2021
).
84.
Q. A.
Akkerman
,
D.
Meggiolaro
,
Z.
Dang
,
F.
De Angelis
, and
L.
Manna
,
ACS Energy Lett.
2
,
2183
(
2017
).
You do not currently have access to this content.