近日，中國科學院大連化學物理研究所復雜分子體系反應動力學研究組研究員韓克利團隊在非鉛雙鈣鈦礦納米晶發光動力學研究中取得新進展。該團隊設計了一組具有直接帶隙的非鉛雙鈣鈦礦納米晶，其在紫光范圍內的發光量子產率接近于含鉛鈣鈦礦。相關研究結果以全文的形式發表在《美國化學會志》（J. Am. Chem. Soc.）上。

大連化物所非鉛雙鈣鈦礦納米晶發光動力學研究取得新進展

　　全無機鈣鈦礦納米晶CsPbX₃（X：Cl，Br，I）具有發光量子產率高、光譜易調諧、發光線寬窄等優點，被廣泛的應用于發光二極管（LED）、高亮度激光、光電探測器等光電子器件的研究中。其優異的光電性能主要源于其三維鈣鈦礦結構中獨特的電子軌道排布和直接帶隙的本質。然而其中含有的Pb為有毒元素，會對人體和環境造成危害，限制了其進一步商業化應用。因此，發展無毒且高性能的非鉛鈣鈦礦成為當下研究熱點。

　　該團隊分別于2017年和2018年成功合成出含Bi的非鉛鈣鈦礦納米晶Cs₃Bi₂Br₉（Angew. Chem. Int. Ed. 2017）和非鉛雙鈣鈦礦納米晶Cs₂AgBiBr₆（Angew. Chem. Int. Ed. 2018），通過揭示其發光動力學機理，發現非鉛鈣鈦礦間接帶隙是限制其發光效率的主要原因之一。因此，設計具有直接帶隙的非鉛鈣鈦礦是實現高效發光的關鍵。

　　該團隊研究人員合成了一系列雙鈣鈦礦納米晶：Cs₂AgIn_xBi_1-xCl₆（0≤x≤1）。通過調節雙鈣鈦礦中In和Bi的比例可實現由間接帶隙（x<0.75）到直接帶隙（x≥0.75）的轉變。采用飛秒瞬態吸收光譜分別研究了具有間接帶隙及直接帶隙納米晶的激發態載流子動力學，結果表明間接帶隙納米晶存在較為明顯的“亞帶隙態”(Sub-band gap)，能捕獲激子形成非輻射中心，因此發光效率低。而在直接帶隙納米晶中，并未探測到明顯的“亞帶隙態”，激子可以直接復合發光。通過調節表面活性劑來鈍化缺陷態，直接帶隙納米晶在紫光范圍的發光量子產率可達36.6%，接近于含鉛鈣鈦礦納米晶的性能。該研究為進一步尋找高性能非鉛鈣鈦礦材料提供了新的思路。

　　上述工作得到國家自然科學基金重點項目等資助。