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大連化物所揭示鉿基空位有序鈣鈦礦納米晶超快動力學機理

撰稿: 大連化學物理研究所 發布時間:2021-12-17

  近日,中國科學院大連化學物理研究所復雜分子體系反應動力學研究組研究員韓克利,副研究員楊斌等在非鉛鈣鈦礦納米晶合成和超快動力學機理研究方面取得新進展。該團隊合成出鉿(Hf)基空位有序鈣鈦礦納米晶體,并揭示了其超快動力學機理。

  近年來,非鉛空位有序鈣鈦礦Cs2M4+X6(X=Cl-、Br-或I-)納米晶因其毒性低、穩定性高和光學特性獨特而備受關注。目前,Cs2M4+X6納米晶成功合成的例子很少,關于這類納米晶的多顏色發射研究也非常有限。另一方面,在當前廣泛報道的熱注射方法合成鈣鈦礦納米晶策略中,金屬鹵化物或金屬乙酸鹽被經常用作金屬前驅物。然而,對于許多新鈣鈦礦納米晶體系,這兩類金屬鹽在有機溶劑中不能離子化是合成失敗的重要原因,因此,探索新類金屬前驅物用于鈣鈦礦納米晶的合成十分重要。

  本工作中,該團隊發現了金屬乙酰丙酮化合物是一類非常合適的金屬前驅物??蒲腥藛T采用鉿基空位有序鈣鈦礦作為模型體系、乙酰丙酮鉿作為金屬源,通過熱注射法合成出Cs2HfCl6納米晶。研究發現,Cs2HfCl6納米晶是一種缺陷不容忍的半導體,其吸收光譜在波長240nm和310nm處展示出強烈的激子吸收特征,其中240nm對應于Cs2HfCl6主體的帶邊吸收,而310nm對應于由Hf4+或Cl-空位導致的亞帶隙缺陷態的吸收。研究還發現,Cs2HfCl6的熒光光譜展示出激發波長依賴的特征,在378nm、444nm、540nm位置的發射峰分別來源于[HfCl6]2-八面體、雜質[ZrCl6]2-八面體和亞帶隙缺陷態。針對Cs2HfCl6納米晶中亞帶隙缺陷態的問題,該團隊在本工作中提出了此前未報道過的Sb3+輔助的鈍化策略??蒲腥藛T利用稀土乙酰丙酮化合物,成功將四種稀土離子(Pr3+、Tb3+、Eu 3+ , Ho3+)摻雜到Cs2HfCl6納米晶主體晶格中,并獲得基于自陷激子到摻雜劑能量轉移的多顏色發射(由藍色到綠色到粉紅色)。與以往報道的稀土元素摻雜鈣鈦礦納米晶體系相比,稀土乙酰丙酮化合物的使用實現了稀土元素離子在更溫和環境下的摻雜。最后,科研人員還探索了這類新型鈣鈦礦納米晶在X射線閃爍成像和白光LED方面的應用。

  該研究不僅發展了一種新型的非鉛鈣鈦礦納米晶體系,還為調控空位有序鈣鈦礦納米晶的光學特性提供了有效策略。該研究也豐富了熱注射合成方法,對新型鈣鈦礦納米晶體系的發展具有促進作用。

  相關成果以“Colloidal Synthesis and Tunable Multicolor Emission of Vacancy-Ordered Cs2HfCl6 Perovskite Nanocrystals”為題,于近日發表在《激光和光子學評論》(Laser & Photonics Reviews)上。該工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助。

  文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202100439

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