【材料】全无机铯锆卤化物钙钛矿纳米晶体实现高效热活化延迟荧光发射

在过去的几十年中，人们对热活化延迟荧光（TADF）材料进行了广泛的研究。TADF是非常有前景的一种获得较高激子利用率的发光机制。在热能的辅助下，三重态激子通过反系间窜越过程回到单重态后再进行发光。一般来说，较小的单重态-三重态的能级差（通常为0.05~ 0.2 eV）使TADF较容易实现。最常见的TADF材料包括过渡金属有机配合物或者纯有机分子。然而， TADF在全无机半导体中比较罕见。

       近年来，全无机CsPbX3型（X = Cl，Br，I）钙钛矿纳米晶体因其优异的光电性质引起了科学界极大的研究兴趣。然而Pb的固有毒性和稳定性差的问题严重地限制了它们的实际应用。基于此，山东大学韩克利教授课题组选择以自然界中丰富且无毒的金属锆（Zr）元素为研究对象，通过热注射法首次合成出空位有序Cs2ZrBrxCl6-x (0≤x≤1.5) 双钙钛矿纳米晶体。该纳米晶体展现出高效的（60.37%的发光效率）且荧光颜色可调节的（蓝到绿）光致发光特性，以及良好的稳定性。

图1. Cs2ZrCl6纳米晶体（左）；Cs2ZrBrxCl6-x (0≤x≤1.5) 纳米晶体（右）。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

随后，作者利用变温稳态荧光光谱和变温时间分辨荧光光谱，并借助课题组自主研发的纳秒瞬态发射光谱仪以及泵浦-探测飞秒时间分辨光谱仪对纳米晶体的光物理特性展开了研究和讨论，揭示纳米晶体的热活化延迟荧光发射机制。这是首例基于全无机钙钛矿纳米晶体的TADF报道。

图2. Cs2ZrCl6纳米晶体的光物理特性。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

最后，作者还成功将Bi3+离子掺杂到Cs2ZrCl6纳米晶体的晶格中，并研究了其发光机理。该工作为发展新型无机荧光粉提供了一种独特策略。上述成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是山东大学博士研究生刘四平，通讯作者为山东大学的韩克利教授和大连化学物理研究所的杨斌副研究员。

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Efficient Thermally Activated Delayed Fluorescence from All-Inorganic Cesium Zirconium Halide Perovskite Nanocrystals Siping Liu, Bin Yang, Junsheng Chen, Donghui Wei, Daoyuan Zheng, Qingkun Kong, Weiqiao Deng, Keli Han Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202009101