金属卤化物钙钛矿半导体因其独特的光学和电学性能而成为近年来的研究热点。通过调整卤素组分即可实现从蓝到红全波段可调的发光，是钙钛矿半导体展现出巨大应用前景的重要因素之一。然而，蓝色和红色发光通常需要在混合卤素钙钛矿中获得，混合卤化物钙钛矿存在相分离，导致稳定性差，限制了其实际应用。因此，在单一卤素钙钛矿中实现多色发光，从而避免相分离具有十分重要的意义，但这仍然存在巨大的挑战。
最近，本团队与澳大利亚斯威本科技大学文小明、皇家墨尔本理工大学贾宝华等合作，通过对半导体电子维度、辐射复合缺陷态、稀土离子掺杂综合设计，在单一卤素Cs-Pb-Br钙钛矿中实现了红绿蓝三基色发光。他们用一种非常简单、条件温和的溶剂法制备了零维Cs4PbBr6/三维CsPbBr3/Eu-MOFs的复合结构，在这种复合结构中只含有Br一种卤素。该复合结构在365 nm和254 nm的紫外光激发下，分别呈现出蓝色和红色发光。而长时间的紫外光照射可以诱导该复合物的蓝色荧光不可逆地转变为绿色。因此，在这种复合结构中，可以通过激发波长选择或经过一定的光处理获得红绿蓝三基色发光。这三种颜色发光的量子效率分别可以达到64.28%、26.83%、10.81%。基于光谱分析、对比实验和理论计算，该研究揭示了蓝光发光主要源于零维Cs4PbBr6辐射复合缺陷态，绿色发光是由三维CsPbBr3激子复合产生的，红色发光主要源于Eu5D0→7FJ的跃迁。光照下产生的活性自由基能修复缺陷态，且空气中存在零维Cs4PbBr6到三维CsPbBr3的相转变，因此，持续紫外光照会导致蓝色荧光不可逆地转变为绿色。这种光诱导的转变过程为激光加工、激光密写提供了新原理，该研究展示了通过激光直写可以形成不同的荧光图案，并且这些荧光图案在不同波长激发下呈现出不同颜色，在荧光防伪方面具有重要的应用前景。该研究还发现，通过有机聚合物的包裹可以阻隔缺陷修复和相转变，避免蓝光到绿光的转变，从而获得稳定的蓝光发光。基于此，他们获得了稳定的三基色LED器件，LED发光颜色覆盖了95.9%的NTSC色域。
相关结果以“Tunable multicolor fluorescence of perovskite-based composites for optical steganography and light-emitting devices”为题发表在《Research》（IF：11.036）。本团队研究生马克伟是该论文的第一作者。《Research》是中国科协与美国科学促进会于2018年共同创办的定位为国际化、高影响力、世界一流水平的综合性科技期刊，是美国《Science》自1880年创刊以来第一本合作期刊，主要展示全球突破性科研成果，发布交叉学科热点领域的最新突破性科研进展。
论文链接：https://spj.sciencemag.org/journals/research/2022/9896548/