袁开军等通过相干光学声子揭示无铅双钙钛矿的白光发射机理

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近日，我所化学动力学研究室分子光化学动力学研究组（1117组）袁开军研究员和隋来志副研究员团队利用自主开发的高压超快光谱，揭示了Cs2NaInCl6:Sb3+晶体经过高压作用后产生白光发射的机理。
　　随着固态照明技术的迅猛发展，寻找高效稳定的发光材料，尤其是单组分白光发光材料的研究得到了广泛的关注。其中，无铅金属卤化物钙钛矿材料由于其强烈的电子—声子耦合作用可以产生宽带自陷态激子（STE）发射而备受瞩目。钙钛矿中Sb3+离子的STE发射对晶体场环境具有敏感性。压力作为一种极端条件，能够有效地改变材料内部原子之间的相互作用，从而引起材料的电子结构和晶体场发生变化。因此，通过施加压力，有望可以精准地调控Sb3+离子的STE发射，为实现单组分宽带白光发射提供新的途径。

　　袁开军团队长期致力于极端条件下先进材料的超快光谱和动力学研究，取得了系列研究进展（Angew. Chem. Int. Ed.，2023；Angew. Chem. Int. Ed.，2023；CCS Chem.，2023；Adv. Optical Mater.，2022；J. Phys. Chem. Lett.，2021；Phys. Rev. B，2021；J. Phys. Chem. C，2020）。
　　在本工作中，研究团队深入探讨了无铅双钙钛矿Cs2NaInCl6:Sb3+晶体在高压条件下的光学性质，并结合高压光学、高压同步辐射以及理论计算进行了全面研究。研究表明，在高压环境下，Cs2NaInCl6:Sb3+晶体经历相变后STE发射强度显著增加，提升160倍。在高压释放后，Cs2NaInCl6:Sb3+晶体呈现出少见的白光发射的特性。
　　瞬态吸收光谱的测量表明，材料常压下以及经高压处理后可以出现相干声子振荡现象。在常压条件下，Cs2NaInCl6:Sb3++晶体中的电子与两类声子模式（A1g和T2gIn）发生显著的耦合。然而，经过高压处理后，电子与T2gIn模式的声子耦合消失，表明局部八面体的对称性遭到破坏，产生了非对称的晶体场环境。这种环境改变导致新的低能STE发射，从而使得晶体呈现白光发射现象。本研究揭示了电子—声子耦合与STE发射之间的密切关系，为设计和合成新型单组分白光金属卤化物钙钛矿提供了全新的策略。
　　相关研究成果以“Uncovering White Light Emission in Pressure-Treated Sb-Doped Double Perovskite by Coherent Optical Phonon”为题，发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。该工作的第一作者是我所1117组博士研究生蒋举涛。该工作得到国家自然科学基金、国家自然科学基金委基础科学中心、中国科学院关键技术研发团队等项目的资助。（文/图 蒋举涛、隋来志）
　　文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202312316
       文章来源：大连化物所
       袁开军，1981年生，博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员。2003年于中国科技大学化学物理系获得学士学位，2009年于中科院大连化学物理研究所获得博士学位。2009年加入中科院大连化学物理研究所1102组工作，2010年到美国莱斯大学化学系访问学者研究一年，2011年被聘为副研究员，2017年被聘为研究员。现为大连化物所1116组研究员。研究方向为气相小分子光解动力学研究和凝聚相飞秒二维红外光谱研究。在高分辨的气相水分子光化学研究中取得系列研究成果。目前的研究集中在利用二维红外光谱研究超高压凝聚相动力学和化学反应的飞秒红外瞬态谱测量。另外负责化物所极紫外自由电子激光的分子光化学实验线站。