近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所復(fù)雜分子體系反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究組研究員韓克利團(tuán)隊(duì)通過對(duì)非鉛鈣鈦礦膠體納米晶的自陷態(tài)激子進(jìn)行調(diào)控，實(shí)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(duì)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(diǎn)，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(diǎn)。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(bào)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(tuán)隊(duì)致力于非鉛鈣鈦礦納米晶載流子動(dòng)力學(xué)研究，于2018年首次實(shí)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(jìn)一步研究帶隙類型對(duì)自陷態(tài)激子發(fā)光的影響，該團(tuán)隊(duì)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Cs2AgIn0.9Bi0.1Cl6（直接帶隙）的自陷態(tài)激子動(dòng)力學(xué)。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(qiáng)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(qiáng)度相對(duì)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(jī)制，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)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(jìn)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(tuán)隊(duì)還利用該膠體納米晶材料，制備出具有白光發(fā)射的簡(jiǎn)易LED器件。該工作加深了對(duì)非鉛鈣鈦礦自缺陷態(tài)激子動(dòng)力學(xué)的理解，并對(duì)白光發(fā)射非鉛鈣鈦礦材料的設(shè)計(jì)與合成具有指導(dǎo)意義。
相關(guān)研究發(fā)表在《科學(xué)通報(bào)》上。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、科學(xué)挑戰(zhàn)計(jì)劃項(xiàng)目等資助。、
Cs2AgIn0.9Bi0.1Cl6、K+/Ag+、Li+/Ag+合金雙鈣鈦礦納米晶的熒光圖及色坐標(biāo)圖
