Angew. Chem. : 基于压力工程解锁非传统ACI型二维钙钛矿荧光潜能

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为应对全球能源需求的不断增长,降低人工照明的能源消耗,深入探索具备卓越发射性能的荧光材料显得尤为重要。二维层状钙钛矿材料由于其独特的光电性质被广泛应用于太阳能电池、发光二极管及光电探测器等领域。


然而,由于二维钙钛矿材料柔软且多样的组成结构(RP、DJ和ACI型),使得材料具有多种激子发射类型,且研究多集中在RP和DJ型二维杂化卤素钙钛矿。此外,激子辐射路径之间的竞争关系导致大量能量损耗,最终造成发光转换效率的降低。


近日,吉林大学的肖冠军教授在非传统的ACI型二维杂化钙钛矿的压致发光研究中取得重要进展,通过静水压处理降低C-H键振动频率,增强C-H···I氢键相互作用,导致Pb的6p与I的5p电子轨道耦合减弱,降低电子连通性,致使更多电子通过辐射复合途径跃迁至基态,最终实现了ACI型二维钙钛矿材料(ACA)(MA)PbI4的自由激子与自陷激子发射的双增强,为通过压力工程突破发光效率极限提出了新见解;与此同时,压力工程处理可在温和压力区间得到显著的荧光变色行为,并获得近一个数量级的发射增强。

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该工作以ACI型杂化钙钛矿(ACA)(MA)PbI4为研究对象,利用金刚石对顶砧压力产生装置施加压力,在加压过程中,实现了激子发射的大幅度提升,并且在2.5GPa压力区间观察到由绿到红的大范围压致变色连续可调范围。研究表明:压力改变Pb-I-Pb键角,导致Pb的6p与I的5p电子轨道耦合减弱,降低电子连通性,致使更多电子通过辐射复合途径跃迁至基态。

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在压力约束下,实现了键角及轨道耦合作用的有效调控,主要归因为(ACA)(MA)PbI4层内两种不同有机组分与无机{PbI6}八面体单元之间相互作用强度的不一致所导致的。同时,压力诱导{PbI6}八面体单元扭曲,抑制非辐射跃迁,结合电子联通性的减弱,最终导致自由激子与自陷激子荧光发射强度的大幅提升。


该工作提供了一种通过调节ACI型钙钛矿中氢键相互作用来实现高效自由激子与自陷激子辐射复合以及优化光电流特性的有效策略,揭示了二维层状ACI型钙钛矿材料(ACA)(MA)PbI4的构效关系,为开发高效ACI型钙钛矿发光材料的提供了新方法。

文信息

Pressure-Tuning Localized Excitons Toward Enhanced Emission, Photocurrent Enhancement and Piezochromism in Unconventional ACI-Type 2D Hybrid Perovskites

Xihan Yu, Yuanyuan Fang, Dr. Xuening Sun, Ying Xie, Prof. Cailong Liu, Prof. Kai Wang, Prof. Guanjun Xiao, Prof. Bo Zou


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202412756    


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