北理工團(tuán)隊在發(fā)光銅基雜化金屬鹵化物研究中取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2023-12-01 供稿：光電學(xué)院 攝影：光電學(xué)院
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近日,，北京理工大學(xué)光電學(xué)院王涌天教授團(tuán)隊成員陳冰昆副教授與香港城市大學(xué)Andrey L. Rogach教授,、河北師范大學(xué)林政國副教授合作，設(shè)計了一種新的高效發(fā)光的銅基金屬鹵化物,，并實現(xiàn)其批量制備和多種發(fā)光應(yīng)用,。相關(guān)成果以“Organic-Inorganic Copper Halide Compound with a Near-Unity Emission: Large-Scale Synthesis and Diverse Light-Emitting Applications”為題，發(fā)表于國際著名學(xué)術(shù)期刊《Advanced Functional Materials》,，該論文第一作者為北京理工大學(xué)光電學(xué)院2021級碩士生陳坤林,，北京理工大學(xué)為第一單位。
圖1. 反溶劑法合成(TPP)2Cu4I6·2DMSO制備流程示意圖及相關(guān)表征
通過簡易的一步反溶劑法合成(TPP)2Cu4I6·2DMSO (TPP為四苯基磷),，并使用濾膜輔助后處理獲得高質(zhì)量粉末樣品,，單次制備可達(dá)1克。其晶體結(jié)構(gòu)中,，[Cu4I6]2-多面體被大的有機(jī)陽離子TPP+和結(jié)晶分子DMSO隔離開，形成典型的有較強(qiáng)空間限域效應(yīng)的零維電子結(jié)構(gòu),。
圖2. (TPP)2Cu4I6·2DMSO的發(fā)光性能及DTF理論計算
(TPP)2Cu4I6·2DMSO發(fā)光性能優(yōu)異,，其擁有橫跨200-500 nm的超寬激發(fā)光譜，并且在紫外光激發(fā)下展現(xiàn)峰值位于515 nm的綠色寬帶發(fā)射光譜,，約78 nm的半峰寬以及85 nm的大斯托克斯位移,，其熒光量子產(chǎn)率高達(dá)99.5%，是已有報道中最高效率的綠色發(fā)光材料之一,。此外,，其熒光壽命為2.53 s。將這些光學(xué)性質(zhì)與理論計算的結(jié)果相結(jié)合，該團(tuán)隊猜測其發(fā)光行為與[Cu4I6]2-多面體及STE(自限域激子)有關(guān),。
圖3. (TPP)2Cu4I6·2DMSO的變溫?zé)晒夤庾V及發(fā)光機(jī)理示意圖
通過變溫?zé)晒夤庾V中半峰寬和對應(yīng)溫度的擬合,，(TPP)2Cu4I6·2DMSO的黃-里斯因子被計算為36.68，表明了其具有較強(qiáng)的電子-聲子耦合作用,，且其激子自限時間為290 fs,，暗示了超快STE態(tài)的形成。其發(fā)光機(jī)理為：在高能紫外激發(fā)下,，電子吸收光子能量從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài),，形成自由激子，由于[Cu4I6]2-多面體的扭曲帶來產(chǎn)生的電子-聲子耦合作用,，形成自限態(tài),，自由激子被其捕獲，最后通過輻射復(fù)合的方式回到基態(tài),，產(chǎn)生寬帶綠色發(fā)射,。圖4. 基于(TPP)2Cu4I6·2DMSO制備的不同白光LED
圖4. 基于(TPP)2Cu4I6·2DMSO制備的不同白光LED
圖5. 基于(TPP)2Cu4I6·2DMSO制備的閃爍體及熒光墨水
該團(tuán)隊探索了(TPP)2Cu4I6·2DMSO的不同發(fā)光應(yīng)用：下轉(zhuǎn)換白光LED、閃爍體,、熒光墨水,，實現(xiàn)了高效的冷白光和高質(zhì)量全光譜白光、對物體的X射線成像及可見光下隱形的加密圖案,。
綜上所述,，該工作報道了一種全新的金屬鹵化物材料，實現(xiàn)了其簡易,、批量制備,，并深入研究其發(fā)光機(jī)理，最后探索了其在白光LED,、X射線探測和成像,、信息存儲和防偽等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
原文信息及鏈接：
Chen K. L., Chen B. K., Xie L. L., Li X. T., Chen X. Y., Lv N., Zheng K., Liu Z., Pi H. H., Lin Z. G., Rogach A. L., Organic–Inorganic Copper Halide Compound with a Near-Unity Emission: Large-Scale Synthesis and Diverse Light-Emitting Applications. Adv. Funct. Mater. 2023, 2310561.
DOI：https://doi.org/10.1002/adfm.202310561
附作者簡介：
陳冰昆,，男,，北京理工大學(xué)光電學(xué)院，長聘副教授（特別研究員）,，博士生導(dǎo)師,。主要從事光電功能材料及其在發(fā)光、顯示,、探測等領(lǐng)域應(yīng)用研究工作,。發(fā)表SCI論文40余篇，他引2200余次,，單篇最高引用超400次,。目前擔(dān)任光學(xué),、納米、材料領(lǐng)域多個國際知名期刊同行評閱人,，MRL期刊青年編委等職務(wù),。獲得2018年北京市科學(xué)技術(shù)獎二等獎(7/13)、北京理工大學(xué)優(yōu)秀共產(chǎn)黨員稱號,、光電競賽優(yōu)秀指導(dǎo)教師獎,、北京理工大學(xué)優(yōu)秀共產(chǎn)黨員稱號、優(yōu)秀“三全育人”導(dǎo)師等榮譽(yù),。
陳坤林,，男，北京理工大學(xué)光電學(xué)院2021級碩士研究生,，導(dǎo)師為陳冰昆,。主要從事金屬鹵化物發(fā)光材料及其應(yīng)用研究。2021年6月于北京交通大學(xué)獲得光電信息科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)士學(xué)位,，9月推免至北京理工大學(xué)光電學(xué)院,。申請國家發(fā)明專利一項。獲得研究生特等,、一等學(xué)業(yè)獎學(xué)金,、北京理工大學(xué)第十九屆“世紀(jì)杯”競賽二等獎、北京理工大學(xué)第二十屆研究生英語演講比賽三等獎,。
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