近日，中國科學院大連化學物理研究所復(fù)雜分子體系反應(yīng)動力學研究組研究員韓克利團隊通過對非鉛鈣鈦礦膠體納米晶的自陷態(tài)激子進行調(diào)控，實現(xiàn)寬譜帶白光發(fā)射，并有效提高發(fā)光量子產(chǎn)率。

　　高效穩(wěn)定的白光發(fā)射對于室內(nèi)照明具有重要意義。傳統(tǒng)的白光發(fā)射器件存在易變色、效率損失（自吸收）等缺點，而單基質(zhì)白光發(fā)射材料則可避免。不同于自由載流子復(fù)合所產(chǎn)生的帶邊發(fā)射熒光，自陷態(tài)激子發(fā)光表現(xiàn)出譜帶寬、斯托克斯位移大的特點。由于晶格較“軟”，低維度鉛基鈣鈦礦材料易于形成自陷態(tài)激子，表現(xiàn)出寬譜帶白光發(fā)射。但鉛元素具有毒性，且低維鉛基鈣鈦礦的發(fā)光效率通常較低。近期，有研究報道了具有自陷態(tài)激子發(fā)光的非鉛雙鈣鈦礦材料，但具有高效、寬譜帶白光發(fā)射的膠體納米晶卻鮮有出現(xiàn)。

　　近年來，韓克利團隊致力于非鉛鈣鈦礦納米晶載流子動力學研究，于2018年首次實現(xiàn)非鉛雙鈣鈦礦納米晶由間接帶隙到直接帶隙的轉(zhuǎn)變（J. Am. Chem. Soc.）。為進一步研究帶隙類型對自陷態(tài)激子發(fā)光的影響，該團隊深入研究了兩種不同帶隙類型的非鉛鈣鈦礦納米晶Cs₂AgBiCl₆（間接帶隙）和Cs₂AgIn_0.9Bi_0.1Cl₆（直接帶隙）的自陷態(tài)激子動力學。研究結(jié)果表明，在間接帶隙納米晶中，光子的吸收與載流子的復(fù)合過程伴隨著強烈的電子-聲子耦合效應(yīng)，自陷態(tài)激子主要以非輻射躍遷的方式復(fù)合，室溫下幾乎不發(fā)射熒光；在直接帶隙鈣鈦礦中，電子-聲子耦合強度相對適中，自陷態(tài)激子主要通過輻射躍遷發(fā)生復(fù)合，因此直接帶隙納米晶表現(xiàn)出明亮的寬譜帶白光發(fā)射。

　　基于上述機制，該團隊進一步合成了具有直接帶隙的K⁺/Ag⁺、Li⁺/Ag⁺合金雙鈣鈦礦膠體納米晶。飛秒瞬態(tài)吸收光譜研究發(fā)現(xiàn)，K⁺/Ag⁺、Li⁺/Ag⁺合金雙鈣鈦礦膠體納米晶可以進一步抑制自陷態(tài)激子的非輻射躍遷復(fù)合，因此該膠體納米晶表現(xiàn)出更高的發(fā)光量子產(chǎn)率及更寬的發(fā)光光譜。此外，該團隊還利用該膠體納米晶材料，制備出具有白光發(fā)射的簡易LED器件。該工作加深了對非鉛鈣鈦礦自缺陷態(tài)激子動力學的理解，并對白光發(fā)射非鉛鈣鈦礦材料的設(shè)計與合成具有指導意義。

　　相關(guān)研究發(fā)表在《科學通報》上。該工作得到了國家自然科學基金重點項目、國家重點研發(fā)計劃項目、科學挑戰(zhàn)計劃項目等資助。

　　論文鏈接 

　　Cs₂AgIn_0.9Bi_0.1Cl₆、K⁺/Ag⁺、Li⁺/Ag⁺合金雙鈣鈦礦納米晶的熒光圖及色坐標圖