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在非鉛雙鈣鈦礦納米晶發(fā)光動力學研究中取得新進展。該團隊設(shè)計了一組具有直接帶隙的非鉛雙鈣鈦礦納米晶，其在紫光范圍內(nèi)的發(fā)光量子產(chǎn)率接近于含鉛鈣鈦礦。相關(guān)研究結(jié)果以全文的形式發(fā)表在《美國化學會志》（J. Am. Chem. Soc.）上。
大連化物所非鉛雙鈣鈦礦納米晶發(fā)光動力學研究取得新進展
全無機鈣鈦礦納米晶CsPbX3（X：Cl，Br，I）具有發(fā)光量子產(chǎn)率高、光譜易調(diào)諧、發(fā)光線寬窄等優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用于發(fā)光二極管（LED）、高亮度激光、光電探測器等光電子器件的研究中。其優(yōu)異的光電性能主要源于其三維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中獨特的電子軌道排布和直接帶隙的本質(zhì)。然而其中含有的Pb為有毒元素，會對人體和環(huán)境造成危害，限制了其進一步商業(yè)化應(yīng)用。因此，發(fā)展無毒且高性能的非鉛鈣鈦礦成為當下研究熱點。
該團隊分別于2017年和2018年成功合成出含Bi的非鉛鈣鈦礦納米晶Cs3Bi2Br9（Angew. Chem. Int. Ed. 2017）和非鉛雙鈣鈦礦納米晶Cs2AgBiBr6（Angew. Chem. Int. Ed. 2018），通過揭示其發(fā)光動力學機理，發(fā)現(xiàn)非鉛鈣鈦礦間接帶隙是限制其發(fā)光效率的主要原因之一。因此，設(shè)計具有直接帶隙的非鉛鈣鈦礦是實現(xiàn)高效發(fā)光的關(guān)鍵。
該團隊研究人員合成了一系列雙鈣鈦礦納米晶：Cs2AgInxBi1-xCl6（0≤x≤1）。通過調(diào)節(jié)雙鈣鈦礦中In和Bi的比例可實現(xiàn)由間接帶隙（x<0.75）到直接帶隙（x≥0.75）的轉(zhuǎn)變。采用飛秒瞬態(tài)吸收光譜分別研究了具有間接帶隙及直接帶隙納米晶的激發(fā)態(tài)載流子動力學，結(jié)果表明間接帶隙納米晶存在較為明顯的“亞帶隙態(tài)”(Sub-band gap)，能捕獲激子形成非輻射中心，因此發(fā)光效率低。而在直接帶隙納米晶中，并未探測到明顯的“亞帶隙態(tài)”，激子可以直接復(fù)合發(fā)光。通過調(diào)節(jié)表面活性劑來鈍化缺陷態(tài)，直接帶隙納米晶在紫光范圍的發(fā)光量子產(chǎn)率可達36.6%，接近于含鉛鈣鈦礦納米晶的性能。該研究為進一步尋找高性能非鉛鈣鈦礦材料提供了新的思路。
上述工作得到國家自然科學基金重點項目等資助。
