北理工團隊在發光銅基雜化金屬鹵化物研究中取得重要進展
發布日期：2023-12-01 供稿：光電學院 攝影：光電學院
編輯：盛筠 審核：董立泉 閱讀次數：
近日，北京理工大學光電學院王涌天教授團隊成員陳冰昆副教授與香港城市大學Andrey L. Rogach教授、河北師范大學林政國副教授合作，設計了一種新的高效發光的銅基金屬鹵化物，并實現其批量制備和多種發光應用。相關成果以“Organic-Inorganic Copper Halide Compound with a Near-Unity Emission: Large-Scale Synthesis and Diverse Light-Emitting Applications”為題，發表于國際著名學術期刊《Advanced Functional Materials》，該論文第一作者為北京理工大學光電學院2021級碩士生陳坤林，北京理工大學為第一單位。
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量粉末樣品，單次制備可達1克。其晶體結構中，[Cu4I6]2-多面體被大的有機陽離子TPP+和結晶分子DMSO隔離開，形成典型的有較強空間限域效應的零維電子結構。
圖2. (TPP)2Cu4I6·2DMSO的發光性能及DTF理論計算
(TPP)2Cu4I6·2DMSO發光性能優異，其擁有橫跨200-500 nm的超寬激發光譜，并且在紫外光激發下展現峰值位于515 nm的綠色寬帶發射光譜，約78 nm的半峰寬以及85 nm的大斯托克斯位移，其熒光量子產率高達99.5%，是已有報道中最高效率的綠色發光材料之一。此外，其熒光壽命為2.53 s。將這些光學性質與理論計算的結果相結合，該團隊猜測其發光行為與[Cu4I6]2-多面體及STE(自限域激子)有關。
圖3. (TPP)2Cu4I6·2DMSO的變溫熒光光譜及發光機理示意圖
通過變溫熒光光譜中半峰寬和對應溫度的擬合，(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態的形成。其發光機理為：在高能紫外激發下，電子吸收光子能量從基態躍遷到激發態，形成自由激子，由于[Cu4I6]2-多面體的扭曲帶來產生的電子-聲子耦合作用，形成自限態，自由激子被其捕獲，最后通過輻射復合的方式回到基態，產生寬帶綠色發射。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
該團隊探索了(TPP)2Cu4I6·2DMSO的不同發光應用：下轉換白光LED、閃爍體、熒光墨水，實現了高效的冷白光和高質量全光譜白光、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，實現了其簡易、批量制備，并深入研究其發光機理，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域的應用潛力。
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，北京理工大學光電學院，長聘副教授（特別研究員），博士生導師。主要從事光電功能材料及其在發光、顯示、探測等領域應用研究工作。發表SCI論文40余篇，他引2200余次，單篇最高引用超400次。目前擔任光學、納米、材料領域多個國際知名期刊同行評閱人，MRL期刊青年編委等職務。獲得2018年北京市科學技術獎二等獎(7/13)、北京理工大學優秀共產黨員稱號、光電競賽優秀指導教師獎、北京理工大學優秀共產黨員稱號、優秀“三全育人”導師等榮譽。
陳坤林，男，北京理工大學光電學院2021級碩士研究生，導師為陳冰昆。主要從事金屬鹵化物發光材料及其應用研究。2021年6月于北京交通大學獲得光電信息科學與工程專業學士學位，9月推免至北京理工大學光電學院。申請國家發明專利一項。獲得研究生特等、一等學業獎學金、北京理工大學第十九屆“世紀杯”競賽二等獎、北京理工大學第二十屆研究生英語演講比賽三等獎。
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