Cs4PbX6（X = Cl、Br、I）零維鈣鈦礦納米晶具有優(yōu)異光學(xué)性能，在LED照明顯示、激光和光電探測(cè)器等技術(shù)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。但由于絕緣體本質(zhì)，Cs4PbX6零維鈣鈦礦本征在可見波段不發(fā)光，限制了作為發(fā)光材料的應(yīng)用范圍。錳離子摻雜是調(diào)控鈣鈦礦納米晶光、電、磁性能的一種有效手段。Mn2+在介質(zhì)材料中的光學(xué)性能主要取決于其局域態(tài)的電子結(jié)構(gòu)和激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)。目前，制備Mn2+摻雜Cs4PbX6零維鈣鈦礦納米晶純相并揭示Mn2+發(fā)光中心的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)仍是該領(lǐng)域的一個(gè)技術(shù)難題。 

近期，中國(guó)科學(xué)院功能納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與組裝/福建省納米材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳學(xué)元團(tuán)隊(duì)采用改進(jìn)的熱注射法首次合成出單分散、形貌粒徑均一的Mn2+摻雜Cs4PbCl6零維鈣鈦礦納米晶純相。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)變溫高分辨穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)熒光光譜、變溫電子順磁共振波譜等測(cè)試手段，揭示了Mn2+在Cs4PbCl6零維鈣鈦礦納米晶中顯著不同于其在CsPbCl3三維鈣鈦礦量子點(diǎn)中的發(fā)光特點(diǎn)和激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)。Cs4PbCl6零維鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)限域作用導(dǎo)致其較大的激子結(jié)合能和較強(qiáng)的電-聲子相互作用，引起Mn2+在617 nm的長(zhǎng)熒光壽命（26.2 ms，遠(yuǎn)長(zhǎng)于 CsPbCl3:Mn2+的1~2 ms）和較高的粉末熒光量子產(chǎn)率（25.8%，遠(yuǎn)高于CsPbCl3:Mn2+的~0.1%）。研究還觀測(cè)到，隨溫度降低晶格收縮導(dǎo)致的Mn2+發(fā)光由慢衰減（τ2: 30.4 ms, 300 K）向快衰減（τ1: 1.47 ms, 10 K）轉(zhuǎn)變的反常熒光動(dòng)力學(xué)過(guò)程。 

該研究為Mn2+摻雜Cs4PbCl6納米晶的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)研究提供了新發(fā)現(xiàn)，為零維鈣鈦礦納米晶的性能優(yōu)化及其在光電領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新思路。相關(guān)成果發(fā)表于《先進(jìn)科學(xué)》，第一作者為中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所/中北大學(xué)聯(lián)培碩士研究生張文，通訊作者為研究員鄭偉、陳學(xué)元。研究得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院青促會(huì)等支持。  

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202002210

Mn2+摻雜Cs4PbCl6零維鈣鈦礦納米晶：透射電鏡照片（背景）、晶體結(jié)構(gòu)示意圖、粉末發(fā)光照片、發(fā)射光譜和熒光衰減曲線

a：不同溫度下Cs4PbCl6:23.6 mol% Mn2+納米晶Mn2+的熒光衰減曲線。b：a中陰影部分放大圖。c：Mn2+的熒光快衰減 (τ1)、慢衰減 (τ2)和平均壽命(τave)隨溫度變化關(guān)系。d：不同溫度下Cs4PbCl6:23.6 mol% Mn2+納米晶Mn2+的順磁共振波譜