Small Methods: 利用MOF限域策略合成的高质量钙钛矿单晶及其高阶多光子激发发射性能

有机-无机杂化钙钛矿(以MAPbBr3为代表,MA = CH3NH3+)和纯无机钙钛矿(以CsPbBr3为代表)已经迅速发展成为非常有前景的发光材料。它们合成简便、生产成本较低、发射波长高度可调、荧光量子效率极高,以及非线性光学和受激辐射性能优异。对于未来集成光电子和微/纳光子学领域,具有高阶(n³3)多光子激发(multiphoton excitation, MPE)响应的高品质微片型钙钛矿单晶是极具潜力的,因为它们不仅可以实现具有超宽泵浦光调谐范围的频率上转换光发射,而且还可以有效用作低损耗光波导和光电集成构建模块。然而,在微米这种较大尺度上实现高阶MPE会更加困难和更具挑战性。这是因为微米以上的大尺寸晶体几乎没有强的量子限域效应和表面增强效应,其多光子吸收截面会大大减小;另一方面,较大的晶体也可能导致更高的结晶缺陷概率,如点缺陷或者能够降低MPE荧光效率的位错。此外,制备无支撑的高质量微片型钙钛矿单晶则是另一个挑战。最近,浙江大学材料科学与工程学院钱国栋教授及其研究团队在钙钛矿独立式微片状单晶的高阶多光子激发发射领域的研究取得重要进展。相关论文在线发表在Small Methods

金属-有机框架材料(metal-organic frameworks, MOFs)已经成为分子识别和空间限域方面非常强大的材料,因而它们在气体储存与分离、离子吸附、传感、光子学等领域得到广泛的研究与应用。该课题组何桦浚博士利用MOFs的微孔特性,预先吸附Pb2+离子,并控制Pb2+离子缓慢释放到MABr或CsBr溶液中,以减缓铅卤化物钙钛矿晶体的生长速率,合成了无支撑的独立式高质量钙钛矿微片晶体。所得的MAPbBr3和CsPbBr3矩形微片单晶表现出优异的多光子激发发射行为,如高达三光子泵浦受激辐射(其阈值分别为200 mJ/cm2和159 mJ/cm2)和五光子激发光致发光,为光子学应用的高质量钙钛矿微片单晶的制备提供了新的手段。

研究工作得到了国家自然科学基金的资助。