Matter: 强橙红光发射非铅钙钛矿单晶

坡肉先生

2020-06-24

Mn²⁺因其独特的d-d跃迁，可作为发光中心，且通过调节其晶体场等因素可实现从绿色-红色发光调控，引起了人们的浓厚兴趣。其中，Mn²⁺掺杂钙钛矿离子盐半导体更是受人瞩目，但容易受掺杂量的影响，导致发光性能下降，且实验重现性往往较差。为了解决上述问题，通过合金化合成，基于异金属离子间的强耦合作用，可产生新的电学和光学性能。近日，中山大学匡代彬等人通过水热合成合金化Cs₄MnBi₂Cl₁₂钙钛矿单晶，该单晶具有独特的[BiCl₆]^3--[MnCl₆]^4--[BiCl₆]^3-夹心二维层状结构。

本文要点

1）得益于Bi³⁺的引入，可以实现6s²→6s¹p¹跃迁，大大提高了其光吸收能力，且所吸收的能量可实现从[BiCl₆]^3-八面体到[MnCl₆]^4-受体的高效转移，大大提高Mn^2+ 6A_1g → ⁴T_1g自旋禁阻跃迁，从而在610nm展现出强的红光发射，相较于未引入Bi³⁺的CsMnCl₃•2H₂O，其荧光量子产率提高了51倍，可达到25.7%。此外，因其全无机结构特点，展现出良好的光、热、极性溶剂稳定性。

2）最后，作者基于Cs₄MnBi₂Cl₁₂钙钛矿单晶中Bi³⁺大的原子质量及原子序数，有助于X射线吸收，并结合Cs₄MnBi₂Cl₁₂其强的发光性能，重点探讨了其X射线发光性能，并与商业化的NaI（Tl）闪烁体进行比对，发现 Cs₄MnBi₂Cl₁₂具有强的软X射线吸收（10–35keV），并进一步研究了其X射线成像的应用，展现出良好的应用潜力。

Jun-HuaWei, et al.  All-Inorganic Lead-Free Heterometallic Cs₄MnBi₂Cl₁₂ PerovskiteSingle Crystal with Highly Efficient Orange Emission, Matter,2020, 3, 1-12.

Doi: https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.05.018

https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(20)30251-4