Advanced Optical Materials:高压诱导一维卤素钙钛矿C4N2H14PbBr4纳米晶发光增强和色温调制

低维有机无机杂化钙钛矿作为一种单一的白光光源,能够有效地克服传统多组分白光光源复杂的制备方式、自吸收导致的发光效率降低以及色度不稳定等缺点,逐渐受到科学界的广泛关注。尽管人们对于低维钙钛矿的研究做出了巨大的努力,然而,其发光效率仍然不能满足照明器件市场的发展需求。寻求一个有效的方法来提高低维钙钛矿的发光性能并揭示相关物理机制,成为目前迫切需要解决的重要科学问题。探究材料物性构效关系是解决这个问题的重要突破口。而高压技术,作为一种特殊的热力学参量,是调控物质结构的有效手段,同时不会引起组分的变化,在发现新现象、阐释新机制等方面起到其他手段难以替代的重要作用。

近期,吉林大学超硬材料国家重点实验室的肖冠军教授选择了特殊结构的一维卤素钙钛矿C4N2H14PbBr4纳米晶作为研究对象,利用高压荧光、吸收、拉曼以及同步辐射等原位测试技术,对其结构演变和发光性质之间的关系进行了系统而深入的研究,将结构扭曲程度和发光性能密切地联系在了一起,实现了C4N2H14PbBr4纳米晶自陷态发光性能的优化。研究结果发现,在加压前,C4N2H14PbBr4结构中的八面体长链呈现出轻微的Z字型扭曲;低压力区,Z字型扭曲的八面体逐渐得以缓解,转变为笔直的八面体长链,此时,发光强度呈现出减弱趋势;当压力超过1.75 GPa时,笔直的八面体长链再次发生Z字型扭曲,导致发光强度急剧增加。除此之外,扭曲的八面体长链改变了Pb和Br电子轨道的耦合程度,进而导致C4N2H14PbBr4带隙的突变。进一步加压,剧烈扭曲的八面体长链导致C4N2H14PbBr4纳米晶在2.66 GPa压力下,由最初的正交结构转变为三斜结构。实验中,研究者们同样发现,相变后,自陷态发光的光谱峰形发生改变,实现了发光色温以及显色指数的优化(显色指数高达86),这主要源于多重辐射态自陷深度的重新排布。该工作加深了对低维钙钛矿的结构和发光性能之间的关系以及背后物理机制的理解,为优化低维钙钛矿材料的白光性能和开发设计提供了新思路。相关文章在线发表在Advanced Optical Materials(DOI 10.1002/adom.202000713)上。