零维Cs2ZrCl6:Sb3+钙钛矿晶体中的多重激子发射

发光材料的多重激子发射属性在成像和照明等领域具有重要应用。目前多重激子发射主要观察于有机荧光材料的荧光/磷光过程和异质结量子点的激子复合过程。然而，系间窜越和俄歇复合等非辐射跃迁过程会导致多激子发射效率低下且难于控制。近日，香港城市大学的王锋教授（点击查看介绍）团队设计了一种掺杂双钙钛矿材料，该钙钛矿材料由于独特的零维电子态，展现出高效且独立的基质自陷态激子和掺杂离子自陷态激子发射。

该团队以空位有序双钙钛矿Cs₂ZrCl₆为基质，利用具有ns²电子构型的Sb³⁺作为掺杂离子，采用共沉淀方法制备出Cs₂ZrCl₆:Sb³⁺。通过一系列光谱表征联合密度泛函理论计算，证明了基质和掺杂剂引起的自陷态激子相互独立（图1）。Cs₂ZrCl₆基质的自陷态激子发光位置在450 nm左右，而Sb³⁺掺杂引起的自陷态激子出现双峰，分别位于490 nm和600 nm左右。

图1. Sb³⁺掺杂的Cs₂ZrCl₆的光谱特征。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

由于自陷态激子相互独立的特性，采用不同波长的光源去激发该样品，能产生出一系列不同颜色的发光（图2）。结合已报道的纯蓝色发光Cs₂ZrCl₆:Bi³⁺，该工作还对此类零维双钙钛矿材料的应用进行尝试。将掺杂Sb³⁺和Bi³⁺离子的Cs₂ZrCl₆发光粉分别排列在3D打印的基板上形成特定图案，该图案信息在自然光及250 nm激发下保持隐蔽，在300 nm和365 nm激发下以发光颜色转变的形式得以显现。

图2. Sb³⁺掺杂的Cs₂ZrCl₆材料的发光调控及应用于图案信息加密。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

这项工作拓展了掺杂零维钙钛矿的应用范围。相关工作发表于J. Am. Chem. Soc.，文章的第一作者是香港城市大学博士后研究员陈冰和博士研究生郭洋，通讯作者为王锋教授。

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Multiexcitonic Emission in Zero-Dimensional Cs₂ZrCl₆:Sb³⁺ Perovskite Crystals

Bing Chen, Yang Guo, Yuan Wang, Zhen Liu, Qi Wei, Shixun Wang, Andrey L. Rogach, Guichuan Xing, Peng Shi, and Feng Wang*

J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c07537

王锋教授简介

王锋，香港城市大学材料科学与工程学系教授。2006年于浙江大学取得博士学位，2007年至2012年在新加坡国立大学进行博士后研究，2012年9月起就职于香港城市大学。课题组主要从事镧系和过渡金属离子掺杂的纳米/微结构材料的合成、表征及其应用研究。研究内容包括：湿化学法和固相反应法合成新型纳米晶、微米晶和复合材料，并在纳米尺度上精确控制掺杂离子的浓度和空间分布，用以实现光谱调控；通过显微技术和光谱学技术对材料进行系统表征，促进理解和控制掺杂离子的相互作用；研究材料发光行为，主要涵盖光致发光（photoluminescence），力致发光（mechanoluminescence）和电致发光（electroluminescence）。曾获得Highly Cited Researcher by Clarivate Analytics (2018)，RGC Research Fellowship (2020)，Top 2% researcher in the world (2021 Report by Stanford University)等荣誉。

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