1 南方科技大学 化学系，广东 深圳 518055
2 聊城大学 山东省光通信科学与技术重点实验室，山东 聊城 252000
3 松山湖材料实验室 前沿科学研究⁃功能配位材料团队，广东 东莞 523808
零维有机-无机杂化金属卤化物因可调控的自陷态激子发射在发光和显示等领域具有很好的应用前景。特别是同时具有单线态和三线态激子发射双带光谱的零维金属卤化物在白光固态照明应用中极具潜力。本工作报道了两种零维杂化锑基氯化物（C24H20P）2SbCl5（Ⅰ）和（C24H20P）2SbCl5?H2O·0.5DMF（Ⅱ）（C24H20P为四苯基膦，Ph4P）。在低能量光子（如360 nm）激发下，化合物Ⅰ和Ⅱ分别呈现出由自陷态激子发射的红色和黄色的单峰宽带光谱。此外，当用高能量光子（如310 nm）激发时，Ⅱ的光谱呈现出双带白光发射，除黄光发射带外，还出现了一个源于单线态自陷激发发射的蓝光发射带。研究表明，通过引入和去除DMF和水分子，化合物Ⅰ和Ⅱ能实现可逆转化。该研究揭示了小分子对零维杂化金属卤化物晶体结构的调控机制，从而实现单带发射和双带发射之间的转变，为设计具有小分子传感应用的零维金属卤化物奠定了研究基础。
零维 杂化锑基氯化物 自陷态激子 小分子 双带发射 zero-dimensional hybrid antimony halide self-trapped exciton small molecule dual-band emission
1 中北大学化学工程与技术学院，太原 038507
2 德州学院化学化工学院，德州 253023
3 北京大学分析测试中心，北京 100871
4 中国科学院理化技术研究所，人工晶体研究发展中心，中国科学院功能晶体与激光技术重点实验室，北京 100190
全无机金属卤化物灵活多变的结构及优异的发光性能使其在固态光电子领域显示出重要的应用前景。本研究采用异价阳离子取代策略，用三价锑离子部分取代CsCdCl3中的二价镉离子，促进自陷激子的产生，使CsCdCl3∶Sb3+产生了明亮的宽带绿色发光，中心波长为530 nm。机理研究结果表明，CsCdCl3∶Sb3+ 中相邻SbCl6八面体被孤立，形成了低维电子构型，促进了Sb3+ 局域化，实现了量子效率最高为95.5%的高效发光。此外，尽管CsCdCl3和RbCdCl3均属于ACdCl3(A为碱金属家族)，但它们的晶体结构明显不同。RbCdCl3属于正交晶系，空间群为Pnma；CsCdCl3属于六方晶系，空间群为P63/mmc。CsCdCl3的结构对称性大于RbCdCl3，其晶体结构偏离立方相的扭曲程度比RbCdCl3小，导致CsCdCl3∶Sb3+比RbCdCl3∶Sb3+有较小的斯托克斯位移，并造成发射光谱的蓝移。本工作不仅为异价阳离子取代设计新的发光材料提供了方法，而且为通过晶体结构对称调控金属卤化物的发光性能提供了思路。
金属卤化物 异价阳离子取代 自陷激子 高量子效率 镉 绿色发光 metal halide heterovalent cation substitution self-trapped exciton high quantum efficiency cadmium green photoluminescence
1 中国计量大学 光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310000
2 南京邮电大学 电子与光学工程学院, 微电子学院, 江苏 南京 210023
新兴的零维金属卤化物材料由于其优异的光电性能, 近期引起了研究者们的特别关注。本文使用反溶剂法和旋涂法分别制备了零维金属卤化物四苯基膦氯化锑［(C6H5)4P]2SbCl5的发光材料和器件, 通过稳态激发/发射光谱、瞬态光谱对其发光性能进行了研究。研究结果表明, 在紫外光激发下, ［(C6H5)4P]2SbCl5可以发出明亮的橙红光, 这种橙红光源于零维限域作用下的自陷态激子三重态发光。变温光致发光(PL)和衰减寿命研究表明该物质具有600 meV左右的热激活能, 抗热猝灭性能较强。通过优化器件结构, 引入聚［双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺］(Poly-TPD)作为空穴传输层, 通过混合Poly-TPD的荧光发射和［(C6H5)4P］2SbCl5的自陷激子发光, 获得了在6 V偏压下126 cd/m2的暖白光电致发光器件。本工作对溶液法加工无铅金属卤化合物电致发光器件的进程具有一定的推动作用。
零维发光材料 自陷态激子 电致发光 zero-dimensional luminescent material self-trapped exciton electroluminescence
Hubei Key Laboratory of Low Dimensional Optoelectronic Materials and Devices, Hubei University of Arts and Science, Xiangyang 441053, China
The broad emission and high photoluminescence quantum yield of self-trapped exciton (STE) radiative recombination emitters make them an ideal solution for single-substrate, white, solid-state lighting sources. Unlike impurities and defects in semiconductors, the formation of STEs requires a lattice distortion, along with strong electron–phonon coupling, in low electrondimensional materials. The photoluminescence of inorganic copper(I) metal halides with low electron-dimensionality has been found to be the result of STEs. These materials were of significant interest because of their leadfree, all-inorganic structures, and high luminous efficiencies. In this paper, we summarize the luminescence characteristics of zero- and one-dimensional inorganic copper(I) metal halides with STEs to provide an overview of future research opportunities.
self-trapped exciton (STE) low electrondimensional inorganic copper(I) metal halides Frontiers of Optoelectronics
2021, 14(4): 459–472
1 上海大学材料科学与工程学院, 上海 200444
2 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 200050
3 上海理工大学材料科学与工程学院, 上海 200082
金属卤化物低维钙钛矿具有高效的发光性能, 并且作为闪烁体在辐射探测领域表现出极大的潜力。本文采用布里奇曼坩埚下降法生长出全无机零维钙钛矿结构Cs3Cu2Br5单晶。研究了Cs3Cu2Br5的光学吸收、光致激发和发射, 时间分辨光致发光和以及X射线探测性能。Cs3Cu2Br5晶体结构为正交晶系, 空间群为Pnma。在X射线激发下, Cs3Cu2Br5晶体具有峰值约为467 nm的宽带发射, 该发射来自自陷激子发射。Cs3Cu2Br5的稳态光产额约为4 000 ph./MeV, 且X射线余辉性能表现与BGO晶体相当。
零维钙钛矿 闪烁体 Cs3Cu2Br5单晶 坩埚下降法 X射线探测 自陷激子 zero-dimensional perovskite scintillator Cs3Cu2Br5 single crystal Bridgman method X-ray detection self-trapped exciton
1 上海理工大学材料科学与工程学院, 上海 200082
2 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 201800
本文使用坩埚下降法制备了7 mm的未掺杂Cs2HfCl6与Cs2HfCl6∶0.2%Tl(摩尔分数)单晶, 对晶体样品进行了物相、杂质含量、光学和闪烁性能的研究。该晶体属于立方晶系, 空间群为Fm3m。在荧光和X射线激发下, 未掺杂Cs2HfCl6晶体的发光主峰皆为380 nm, 对应于自陷激子发光。Cs2HfCl6∶0.2%Tl晶体在荧光和X射线激发下, 发射光谱中除了存在380 nm处的自陷激子发光, 也存在505 nm处Tl+的sp-s2跃迁发光。Cs2HfCl6和Cs2HfCl6∶0.2%Tl晶体的光输出分别为37 000 photons/MeV和36 500 photons/MeV, 在662 keV处的能量分辨率皆为3.5%。在137Cs源激发下, Cs2HfCl6晶体的闪烁衰减时间为0.37 μs (4.2%)、4.27 μs (78.9%)和12.52 μs (16.9%), Cs2HfCl6∶0.2%Tl晶体的闪烁衰减时间为0.33 μs (3.5%)、4.09 μs (81.9%)和10.42 μs (14.5%)。
自陷激子发光 sp-s2跃迁 闪烁晶体 坩埚下降法 能量分辨率 Cs2HfCl6∶Tl Cs2HfCl6∶Tl self-trapped exciton emission sp-s2 transition scintillation crystal Bridgman method energy resolution
1 School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
Frontiers of Optoelectronics
2020, 13(3): 225
吉林大学 超硬材料国家重点实验室, 吉林 长春 130012
科技创新的根源是基于基础科学研究的提升, 而“从0到1”的突破是需要长期的积累和灵感的。本文讲述了发现压力诱导发光这一新现象的思想和材料设计。
压力诱导发光 卤素钙钛矿材料 自陷态激子 pressure-induced emission halide perovskite materials self-trapped exciton
