零维有机-无机杂化金属卤化物的溶液合成、光物理性质及光电应用

零维（0D）有机-无机杂化金属卤化物作为一种重要的功能材料,由于其优异的发光特性,在照明、显示和X射线闪烁体等领域得到了广泛的关注。在0D有机-无机杂化金属卤化物中,金属卤化物多面体阴离子被有机阳离子包围并完全孤立,形成独特的“主-客体”结构。因此,0D有机-无机杂化金属卤化物通常表现出单个金属卤化物多面体的固有特性。然而,0D有机-无机杂化金属卤化物作为一种新兴的发光材料,除了包含显著的空间限域特征,其还有可调的微观相互作用,因此不同的成分对它们的发光物理机制具有显著的影响。基于此,本文首先介绍了0D有机-无机杂化金属卤化物的溶液合成方法、晶体结构特征和发光物理机制;然后详细分析了0D有机-无机杂化金属卤化物发光物理机制的调控以及光电方面的应用;最后,对0D有机-无机杂化金属卤化物的未来应用和研究进行了总结和展望。     

钡作为掺杂元素调控铅基钙钛矿材料的毒性和光电特性

近年来,有机-无机杂化卤化物钙钛矿材料(ABX_3)由于具有优异的光电性质,受到了材料、能源等领域的广泛关注.但是,卤化物钙钛矿存在两个明显阻碍其商业化应用的问题:热稳定性差和含有有毒的铅(Pb)元素.相比于有机-无机杂化卤化物钙钛矿,全无机卤化物钙钛矿通常拥有更好的热稳定性.同时,采用一些无毒的元素部分替代B位的Pb,可以在保持优异光电特性的同时减小材料的毒性.本文结合无序合金结构搜索方法和第一性原理计算,系统研究了Ba掺杂CsPbX_3 (X=Cl, Br, I)钙钛矿体系的热稳定性和光电特性.计算结果显示,只有在高Ba浓度时,可以在室温下形成无序固溶体.由于Ba和Pb的离子半径和电负性等物理化学性质存在显著差异,随着Ba掺杂浓度的增加,带隙和载流子有效质量都呈现上升趋势,且带隙具有很宽的调节范围.因此,我们预测高Ba掺杂浓度的CsPbX_3 (X=Cl, Br, I)钙钛矿体系在短波段(如紫外或近紫外光)发光二极管或辐射探测器等领域具有潜在的应用价值.     

Ru(Ⅱ)配合物光学氧传感材料的合成及其传感性质

合成了一种Ru(Ⅱ)配合物功能化的有机-无机杂化材料Ru-pyttz-MCM-41,利用红外光谱和小角X射线衍射对该杂化材料进行了表征.不同氧气浓度下的发射光谱分析表明,该样品的发光能够有效地被氧分子猝灭,可以作为光学氧传感材料探测氧气浓度.氧气传感性能研究表明,该样品具有良好的灵敏度和较短的响应时间,对环境和生物化学...     

非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料研究进展

铅基卤化物钙钛矿发光材料因具有荧光量子产率高、发射光谱窄、发射波长可调等优异性能优势而备受关注。但金属铅的毒性和钙钛矿的稳定性是其未来在显示与照明领域实际应用中需要解决的问题。因此,探索与铅基卤化物钙钛矿光电性质相当、但更绿色环保的非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料是势在必行的趋势。近年来,非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料的研究取得了显著进展。本文总结了非铅金属卤化物类钙钛矿材料的晶体结构、制备方法和发光机理。归纳了影响非铅金属卤化物类钙钛矿光电性能的因素,并列举了在光致和电致发光器件领域的应用。最后,就如何进一步提升非铅金属卤化物钙钛矿发光材料的性能做了总结和展望。     

新型稀土铕配合物Eu(o-BBA)3(phen)电致发光研究

研究了一种新的稀土配合物邻苯甲酰苯甲酸-1,10-菲咯啉-铕(Eu(o-BBA)3(phen))的电致发光特性.采用不同的电子传输层材料,制备了多种结构的有机电致发光器件及有机无机复合器件.比较了单层电致发光器件A:ITO/PVK:Eu/Al与有机无机复合器件B:ITO/PVK:Eu/ZnS/Al发光性能的不同.分析了采用无机半导体材料ZnS作为电子传输层的优点.研究结果表明采用无机的电子传输层,能有效地避免激基复合物的形成,提高器件的亮度同时保持稀土离子发光的色纯性.     

新兴零维金属卤化物的光致发光与应用研究进展EI北大核心CSCD

零维(0D)金属卤化物是一类新兴的发光材料体系,它们具有独特的“主-客”体结构,即独立的阴离子金属卤化物多面体客体规则有序地分布在有机阳离子或碱金属阳离子形成的主体框架中。这种具有相对较“软”晶格的0D金属卤化物材料的发光主要源于自陷激子(Self-trapped excitons,STEs)复合,其通常呈现出宽带发射,且具有大的斯托克斯位移。通过筛选不同的及多样化构型的金属卤化物多面体,将其与合适的有机阳离子或者Cs+等组合,可形成多种新型结构的0D金属卤化物,并实现丰富的STEs发光特性,其可调节的荧光发射不仅可以覆盖整个可见光区,还可实现单相白光或近红外发光,成为光致发光材料研究领域的一个热点和重点。基于此,本文结合本课题组在该领域的研究工作基础,首先讨论了0D金属卤化物的光致发光机理;其次,介绍了具有不同多面体构型的0D金属卤化物材料的发光特性及应用;最后,总结了0D金属卤化物目前亟待解决的关键科学问题,并对0D金属卤化物的未来发展方向进行了展望。     

基于零维杂化锑基氯化物的可逆荧光发射转化（英文）

零维有机-无机杂化金属卤化物因可调控的自陷态激子发射在发光和显示等领域具有很好的应用前景。特别是同时具有单线态和三线态激子发射双带光谱的零维金属卤化物在白光固态照明应用中极具潜力。本工作报道了两种零维杂化锑基氯化物(C₂₄H₂₀P)₂SbCl₅(Ⅰ)和(C₂₄H₂₀P)₂SbCl₅·H₂O·0.5DMF(Ⅱ)(C₂₄H₂₀P为四苯基膦,Ph₄P)。在低能量光子(如360 nm)激发下,化合物Ⅰ和Ⅱ分别呈现出由自陷态激子发射的红色和黄色的单峰宽带光谱。此外,当用高能量光子(如310 nm)激发时,Ⅱ的光谱呈现出双带白光发射,除黄光发射带外,还出现了一个源于单线态自陷激发发射的蓝光发射带。研究表明,通过引入和去除DMF和水分子,化合物Ⅰ和Ⅱ能实现可逆转化。该研究揭示了小分子对零维杂化金属卤化物晶体结构的调控机制,从而实现单带发射和...     

新兴零维金属卤化物的光致发光与应用研究进展

零维(0D)金属卤化物是一类新兴的发光材料体系,它们具有独特的"主-客"体结构,即独立的阴离子金属卤化物多面体客体规则有序地分布在有机阳离子或碱金属阳离子形成的主体框架中.这种具有相对较"软"晶格的0D金属卤化物材料的发光主要源于自陷激子(Self-trapped excitons,STEs)复合,其通常呈现出宽带发射...     

非磁性发光材料的磁场效应:从有机半导体到卤化物钙钛矿

磁场效应(magnetic field effects, MFEs)指的是材料或器件的光电物理特性(包括光致发光、电致发光、注入电流、光电流等)在外加磁场下发生的变化.本文所述的是非磁性发光材料的MFEs,其首先在有机半导体光电器件中被发现.近十几年来, MFEs作为一种新兴的物理现象引起了广泛的研究;同时它也成为一种独特的实验手段,用以探讨有机半导体中电荷的输运、复合以及自旋极化等过程.近期的研究发现, MFEs不仅存在于有机半导体中,而且在拥有强自旋-轨道耦合作用的金属卤化物钙钛矿材料中被观测到,这既拓展了MFEs的研究方向,也为通过研究MFEs来探索金属卤化物钙钛矿器件的物理机制,进而为提升其器件性能提供了契机.本文重点关注有机半导体和卤化物钙钛矿在磁场下的电致发光和光致发光变化,即发光的磁场效应.回顾了到目前为止主流的理论模型和代表性实验现象,对比分析了磁场下有机半导体和卤化物钙钛矿的发光物理行为.以期为有机及钙钛矿磁场效应领域的研究提供一些思路,同时为有机及钙钛矿发光领域的发展贡献些许想法.     

有机-无机杂化钙钛矿中的自旋输运和磁场效应

有机-无机杂化钙钛矿(OIHPs)是现阶段较为新颖的光电子材料之一,已被广泛地应用于太阳能电池和发光领域。然而,该类材料已被证实具有较强的自旋轨道耦合和Rashba效应,并且具备较高的载流子迁移率和消光系数。因此,这为实现自旋注入和自旋调控提供了重要依据。本文从三个方面对有机-无机杂化钙钛矿的自旋光电子学展开论述,首先是自旋极化电子在钙钛矿自旋器件中的输运研究以及铁磁-钙钛矿自旋界面研究;其次,是该材料在激发态下的磁场效应研究;最后,就钙钛矿自旋光电子学未来发展进行了探讨和评论。     

富勒烯有机-无机杂化材料的非共珍三阶非线性光学特性

采用中心波长800 nm、脉宽30 fs的超短激光脉冲,通过飞秒光开关技术(Optical Kerr Shutter,OKS)对富勒烯有机-无机杂化材料的飞秒超快非线性特性进行了实验研究.获得270 fs的开关时间,所得的富勒烯有机-无机杂化材料的三阶非线性系数X~(3)约为4.5×10~(-4) esu,比C_(60)分子的三阶非线性系数X~(3)高一个数量级.通过实验测定的光克尔信号强度与激发光和探测光偏振方向夹角的依赖关系表明:30 fs的超短激光脉冲激发富勒烯有机-无机杂化材料的克尔信号主要是源于光诱导双折射效应,而非用200 fs的超短激光脉冲时来自瞬态栅的自衍射效应.     

环境友好型Cs_(3)MnBr_(5)材料的制备及发光性能EI北大核心CSCD

无机铅卤钙钛矿CsPbX_(3)(X=Cl,Br,I)由于具有荧光量子产率高、带隙可调、吸光系数高等优点,在发光器件和光伏器件领域有着广阔的应用前景。但由于重金属铅具有毒性,会对环境及生物造成危害,所以开发无铅钙钛矿及其衍生材料成为研究热点。而在众多材料中,钙钛矿衍生材料——金属卤化物具有种类多、结构类型多、发光性能优等优点。因此本文利用油酸还原法制备了钙钛矿衍生材料Cs_(3)MnBr_(5),该方法具有环境友好、能耗低、产物纯度高、可大批量生产等优点。Cs_(3)MnBr_(5)材料在近紫外激发下显示了明亮的绿色发光,峰值位于528 nm,半高宽43 nm,色坐标为(0.25,0.69),色纯度高达92%,荧光量子产率为64.69%,在LED照明领域和显示领域具有商业应用潜力。     

有机-无机杂化卤化物钙钛矿材料稳定性及其在光电探测器方面的研究进展(特邀)

有机-无机杂化钙钛矿材料(CH3NH3PbX3)因其具有载流子迁移率高、直接带隙结构、光电转换效率高等优异的光电性能,在太阳能电池、光电探测器、发光二极管及激光器等光电子领域具有重要应用前景.然而,有机-无机杂化钙钛矿材料的稳定性问题是现阶段限制其进一步应用的瓶颈.本文首先系统论述子外界环境因素(水氧、温度、光照等)对...     

以硫氰酸亚铜作为空穴注入层的钙钛矿发光器件

同有机电荷注入材料相比,无机电荷注入材料具有许多优良的性质,包括高载流子迁移率、良好的稳定性、制备简单和成本低廉等,其在光电器件中的应用备受瞩目。本文采用硫氰酸亚铜(CuSCN)作为有机金属卤化物钙钛矿发光器件的空穴注入层,研究了在其上涂敷钙钛矿薄膜的形貌、晶体结构和光物理性质,并与在普遍采用的导电聚合物空穴注入层上制备钙钛矿薄膜的特性进行了比较。实验结果表明,CuSCN对钙钛矿发光具有显著的猝灭作用,在CuSCN与钙钛矿层之间加入有机间隔层能够明显提高钙钛矿薄膜的发光强度。在此基础上制备了以CuSCN作为空穴注入层的发光器件,器件的最大发光效率为11.7 cd/A,较采用导电聚合物作为空穴注入层器件的效率提高了近3倍,并且器件驱动稳定性也有一定程度的提高。     

无机/有机稀土配合物杂化发光材料研究进展

近年来材料的发展趋势是功能互补,性能优化。稀土配合物发光强度大、单色性好,缺点是光稳定性和热稳定性较差,因此须将其掺入一定基质中,这样所得到的有机 /无机杂化发光材料,兼备了有机、无机材料的优点。根据杂化材料中稀土配合物与基质之间作用力不同,可分为第一类杂化材料(两相间以弱键如氢键等结合)和第二类杂化材料(两相间以强键如共价键等结合)。对这两类杂化材料近年来国内外的研究情况作了综合评述,并展望了其发展趋势。     

有机磷光材料的固态阴极射线发光研究

采用有机磷光材料三-(2-苯基吡啶)-铱(Ir(PPY)₃)与无机材料SiO₂复合制成夹层结构器件,用交流电压驱动获得了Ir(PPY)₃主峰位于517nm的发光和主峰位于435nm的蓝色发光.通过分析器件的光谱特性,发现这两个发光峰都是源于SiO₂中加速电子直接碰撞激发有机层引起的固态阴极射线发光.继实现多种有机聚合物材料和有机小分子材料八羟基喹啉铝(Alq₃)的固体阴极射线发光之后,又证实了有机 关键词： 夹层结构器件 有机磷光材料 固态阴极射线发光     

金属离子掺杂提高全无机钙钛矿纳米晶发光性质的研究进展

金属卤化物钙钛矿纳米晶由于其卓越的光电子性能,在发光二极管、激光器、X射线成像、太阳能电池及光电探测等领域中受到了极大的关注.与有机-无机杂化钙钛矿纳米晶相比,全无机钙钛矿CsPbX_3 (X=Cl, Br, I)纳米晶具有更优异的光电性能和更高的稳定性.为进一步提高CsPbX_3纳米晶的光致发光量子效率和稳定性,有研究已经着手调控纳米晶的微观结构,减少作为非辐射复合中心的缺陷.近年来,在金属离子掺杂CsPb X_3纳米晶过程中,发现不同种类和不同掺杂浓度的金属离子对其电子能带结构和光致发光性能有着巨大的影响,基于金属离子掺杂取得了光致发光量子效率接近100%的CsPb X_3纳米晶.本文综述了近年来在CsPbCl_3, CsPbBr_3, CsPbI_3和Mn~(2+)掺杂CsPbX_3 (Mn~(2+):CsPbX_3)四种体系中通过金属离子掺杂提高全无机钙钛矿纳米晶光学性能的研究进展及其性能提升的物理机制.此外,提出了下一步还需要深入研究的一些问题和策略,通过这些问题的深入研究,希望能促使全无机钙钛矿纳米晶在各种光电器件中得到更广泛的应用.     

富勒烯有机-无机杂化材料的非共珍三阶非线性光学特性

采用中心波长800 nm、脉宽30 fs的超短激光脉冲,通过飞秒光开关技术（Optical Kerr Shutter,OKS）对富勒烯有机-无机杂化材料的飞秒超快非线性特性进行了实验研究.获得270 fs的开关时间,所得的富勒烯有机-无机杂化材料的三阶非线性系数χ(3)约为4.5×10－14 esu,比C60分子的三阶非线性系数χ(3)高一个数量级.通过实验测定的光克尔信号强度与激发光和探测光偏振方向夹角的依赖关系表明：30 fs的超短激光脉冲激发富勒烯有机-无机杂化材料的克尔信号主要是源于光诱导双折射效应,而非用200 fs的超短激光脉冲时来自瞬态栅的自衍射效应.     

PEG400对Eu(BA)3/SiO2发光性能的影响

稀土有机配合物进行无机化能提高热稳定性,但无机化基质对稀土有机配合物的荧光性影响较大,采用PEG3400对复合体进行改性,有利于改善荧光性.文章采用溶胶-凝胶法合成Eu(BA)3/SiO2和Eu(BA)3/PEG400-SiO2复合发光材料.研究了PEG400掺入量对SiO2中Eu(BA)3发光性能的影响,PEG400作为路易斯硬酸和稀土离子配体增强了Eu(BA)3的发光性能.用红外光谱说明PEG400的掺人有利于减少发光材料中的结晶水和羟基数目.通过原子力显微镜分析了PEG400的掺入量对SiO2基质结构的影响.     

基于激基复合物纯正发射的有机电致发光器件性能

利用聚合物三苯基二胺衍生物(Poly-TPD)掺杂2,5-双(5-叔丁基-2-苯并恶唑基)噻吩(BBOT)作为器件发光材料,研制了基于激基复合物纯正发射的有机电致发光器件.器件的具体结构为:ITO/PEDOT:PSS(25 nm)/Poly-TPD:BBOT( 1:1,80 nm)/Al(70 nm).研究结果表明,该...