我所揭示非鉛鈉銦基雙鈣鈦礦納米晶動力學機理

  近日,我所復雜分子體系反應動力學研究組(1101組)韓克利研究員團隊揭示了非鉛鈉銦基雙鈣鈦礦納米晶動力學機理。該團隊創新性地采用變溫熱注射法成功合成未摻雜及銀摻雜的非鉛雙鈣鈦礦納米晶,銀摻雜納米晶展現出明亮的黃色熒光,并詳細討論了其自陷激子發光動力學機理。

  非鉛鈣鈦礦納米晶由于其無毒性和穩定性引起人們的關注,成為當下研究的熱點。尤其是具有三維結構和直接帶隙的銦基雙鈣鈦礦納米晶被認為是理想的發光材料,有望被用于照明領域。目前,未摻雜的銦基納米晶的熒光量子產率仍很低,未能達到人們的預期,主要由于其機理不清楚,制約著新型高效的鈣鈦礦材料的設計和發展,需要進一步深入研究。

  本工作中,該團隊創新性地采用變溫熱注射法,成功合成了高質量未摻雜及銀摻雜直接帶隙鈉銦基非鉛雙鈣鈦礦納米晶,該方法對非鉛鈣鈦礦納米晶的合成具有普適性。研究發現,未摻雜Cs2NaInCl6納米晶幾乎沒有熒光,利用飛秒瞬態吸收技術證明其無熒光的原因是其自陷激子是暗態,且趨于非輻射復合。科研人員還發現,通過摻雜微量銀,不僅能打破未摻雜Cs2NaInCl6納米晶暗態自陷激子,使其轉變為亮態自陷激子,而且還可以鈍化納米晶的缺陷。因此,Cs2NaInCl6: Ag納米晶表現出明亮的黃光和更好的穩定性,熒光量子產率高達31.1%,其自陷激子動力學機理通過時間分辨熒光和飛秒瞬態吸收技術被進一步研究。該工作強調了合成方法優化和適當的元素摻雜對新型半導體材料設計的重要性,為尋找新型高性能納米材料在光電子領域的應用提供了一種新的可行途徑。

  上述工作得到國家自然科學基金重點項目等資助,并于近日發表在《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。同時,這也是獻禮我所七十周年所慶文章之一。(文/圖 韓沛耿)

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