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化学化工学院科研团队在晶体结构相变调控材料的荧光性能方面取得重要进展

发布时间：2024-11-13

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近日，我校化学化工学院科研团队在晶体结构相变提升材料荧光性能方面的研究取得了重要进展，研究成果分别以“Realizing Near-Unity Photoluminescence Quantum Yield in Metal Halide RbCdCl3:Mn2+ Crystals via Phase Transformation Engineering”为题发表在国际知名期刊《Laser & Photonics Reviews》（IF：9.8，中科院一区，TOP期刊）和以“Anti-Thermal-Quenching All-Inorganic Perovskite Crystals With Green Ultralong Persistent Luminescence for Advanced Anti-Counterfeiting Applications”为题发表在国际权威期刊《Inorganic Chemistry》（IF：4.8，中科院一区期刊）。

金属卤化物具有显著的光学特性，是一类光电应用的理想材料，但要实现材料的尖端性能，仍有大量挑战有待解决。本研究通过单晶X射线衍射技术探讨了全无机金属卤化物RbCdCl3从正交非钙钛矿相（non-Pv-RbCdCl3）到四方钙钛矿相（Pv-RbCdCl3）可逆的“晶体-晶体”的结构相变。基于这一可逆相变策略，成功制备了可逆热致变色荧光材料RbCdCl3:Mn2+。研究结果表明，采用简单的热活化策略，能促使荧光量子产率仅为3.1%的non-Pv-RbCdCl3:Mn2+红色荧光材料，转化为100%荧光量子产率的Pv-RbCdCl3:Mn2+黄色荧光材料。更重要的是，RbCdCl3:Mn2+具有反常的热猝灭效应，130℃的荧光强度达到室温荧光强度的1.6倍。RbCdCl3:Mn2+材料制备方法简单，可通过观察荧光颜色变化，简便得知温度，作为一项绿色技术应用于视觉温度计；同时，RbCdCl3:Mn2+材料具有可逆热致变色性能，在自然光下无色，在紫外灯下可由环境温度进行热致变色，可以应用于高级防伪领域。原位光学表征和第一性原理计算表明，两种晶体的光学特性主要取决于带隙之间的电子跃迁。Mn和Cl的轨道强烈影响两种晶体的光学性质，从而提升了晶体的荧光性能。

Laser & Photonics Reviews 2024, 2401147

文章链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202401147

同时，研究证实，在Pv-RbCdCl3中掺杂锑离子，得到有反常热猝灭（148 K-328 K）和超长余辉（>2400 s）光学特性的Pv-RbCdCl3:Sb3+单晶。实验结果和理论分析表明，Sb3+能优化Pv-RbCdCl3晶体的带隙和浅阱态分布，宽带绿光发射源于Sb3+的5s2电子在带隙间的跃迁，余辉和反常热猝灭是由于被俘获的激子逐渐跃出阱电子中心，从而释放能量补偿非辐射损耗。基于RbCdCl3的热可逆结构相变，该长余辉材料在防伪、信息加密和生物成像等方面具有应用前景。

Inorganic Chemistry, 2024, 63(43), 20921-20928

https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.4c03911

香港335图库图纸挂门为这两项成果第一完成单位，第一作者均为我校与中北大学联合培养研究生宋妍同学，该生以《钙钛矿相RbCdCl3晶体生长与光学特性研究》为题，在今年9月份第四届人工晶体材料青年学术会议报告了本研究的进展，受到了同行的广泛关注。化学化工学院贾贞教授、中国科学院理化技术研究所夏明军研究员和北京大学陈明星教授为论文共同通讯作者。中国科学院理化技术研究所公丕富副研究员、中北大学袁长春教授、北京科技大学赵静教授和我校王志刚教授、研究生李新慧和张艳娇为共同作者。本研究得到山东省自然科学基金、山东省硅单晶半导体材料与技术重点实验室、香港335图库图纸挂门学科建设平台等经费资助，以及中科院理化技术研究所康雷研究员的指导等支持。

（作者：化学化工学院马恩广供稿审核人：王新芳）