【儀表網 儀表研發】近日，大連化學物理研究所復雜分子體系反應動力學研究組(1101組)楊斌副研究員與山東大學劉鋒研究員等合作，開發出了具有高效白光發射的新型雙鈣鈦礦材料，并制備了基于該材料的單組分暖白光發光二極管(LED)。
電氣照明占全球電力消耗的15%，釋放了全球5%的溫室氣體。采用更加高效、低成本的照明技術可緩解能源、環境危機，助力實現“雙碳”目標。目前，絕大多數白光LED技術主要依靠藍光LED激發多組分熒光疊加的方式產生白光，因此很容易出現顯色性差、發光效率低、有害藍光成分高、白光光譜不連續等問題。開發高效單組分白光材料被認為是解決以上問題的關鍵。
研究人員發現，非鉛金屬鹵化物雙鈣鈦礦材料可在低溫溶液法制備，生產成本低。此外，由于自身結構的限域以及強烈的電—聲子耦合效應，雙鈣鈦礦材料具有獨特的自陷激子特性(STE)，其復合發光表現出較大的斯托克斯位移及寬帶光發射，從而表現出白光發射的特點。在本工作中，科研人員通過利用有機分子4, 4-二氟哌啶(DFPD)和堿金屬之間的強化學鍵，制備了具有一維結構的(DFPD)2MIInX6 (MI= K, Rb; X= Cl, Br)雙鈣鈦礦化合物。其中，DFPD+不僅作為有效的層間間隔物來平衡電荷，而且可作為構成金屬鹵化物八面體的關鍵組分。特別地，(DFPD)2MIInX6中的電子態在空間上被限制在單個八面體中，產生了天然的電子限域效應。為了促進輻射復合，研究人員進一步采用微量Sb3+摻雜策略，將白光量子效率從5%提高到90%以上。由于所制備的低維雙鈣鈦礦材料具有高光電性能和優異的溶液可加工性，可以通過簡單的溶液法制備基于該材料的單組分暖白光LED，因此，該工作為下一代照明器件的設計提供新的思路。
楊斌等近年來在基于自陷激子的單組分白光材料及其發光動力學領域開展了系統的研究：揭示了激子超快自陷過程(Angew. Chem. Int. Ed.，2019；Acc. Chem. Res.，2019)，以及電—聲子耦合對該超快過程的影響機制(Sci. Bull.，2020)；揭示了基于自陷激子熱活化延遲熒光的發光機制(Angew. Chem. Int. Ed.，2020)；通過三線態自陷激子與受體離子Mn2+之間的高效能量轉移，實現了膠體納米晶中的高效白光發射(Nano Lett.，2021)；并基于自陷激子獨特的性質拓展了其在長余輝發光材料(Angew. Chem. Int. Ed.，2022)、高靈敏紫外光電探測器(Adv. Mater.，2021；Laser Photonics Rev.，2022)、X-射線閃爍體(J. Phys. Chem. Lett.，2022；J. Phys. Chem. Lett.，2022；Laser Photonics Rev.，2022)、超靈敏的光學測溫器(J. Phys. Chem. Lett.，2022)等領域的應用。
相關研究成果以“Highly Luminescent One-Dimensional Organic–Inorganic Hybrid Double-Perovskite-Inspired Materials for Single-Component Warm White-Light-Emitting Diodes”為題，發表在《德國應用化學》(Angewandte Chemie International Edition)上。該工作的第一作者是我所1101組聯合培養博士研究生柏天新。上述工作得到國家自然科學基金、中科院青促會、我所創新基金等項目的支持。(文/圖 柏天新、楊斌)
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