近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所副研究員楊斌與山東大學(xué)研究員劉鋒等合作，開發(fā)出具有高效白光發(fā)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(fā)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(shù)可緩解能源、環(huán)境危機(jī)，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。目前，絕大多數(shù)白光LED技術(shù)主要依靠藍(lán)光LED激發(fā)多組分熒光疊加的方式產(chǎn)生白光，因此很容易出現(xiàn)顯色性差、發(fā)光效率低、有害藍(lán)光成分高、白光光譜不連續(xù)等問題。開發(fā)高效單組分白光材料被認(rèn)為是解決以上問題的關(guān)鍵。

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，非鉛金屬鹵化物雙鈣鈦礦材料可利用低溫溶液法制備，生產(chǎn)成本低。此外，由于自身結(jié)構(gòu)的限域以及強(qiáng)烈的電-聲子耦合效應(yīng)，雙鈣鈦礦材料具有獨(dú)特的自陷激子特性（STE），其復(fù)合發(fā)光表現(xiàn)出較大的斯托克斯位移及寬帶光發(fā)射，從而表現(xiàn)出白光發(fā)射的特點(diǎn)。該工作中，研究人員通過利用有機(jī)分子4, 4-二氟哌啶（DFPD）和堿金屬之間的強(qiáng)化學(xué)鍵，制備了具有一維結(jié)構(gòu)的(DFPD)₂M^IInX₆ (M^I= 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(gòu)成金屬鹵化物八面體的關(guān)鍵組分。(DFPD)₂M^IInX₆中的電子態(tài)在空間上被限制在單個(gè)八面體中，產(chǎn)生了天然的電子限域效應(yīng)。為了促進(jìn)輻射復(fù)合，研究人員進(jìn)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(yōu)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(shè)計(jì)提供新的思路。

　　楊斌等研究人員近年來在基于自陷激子的單組分白光材料及其發(fā)光動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域開展了系統(tǒng)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(duì)該超快過程的影響機(jī)制（Sci. Bull.，2020）；揭示了基于自陷激子熱活化延遲熒光的發(fā)光機(jī)制（Angew. Chem. Int. Ed.，2020）；通過三線態(tài)自陷激子與受體離子Mn²⁺之間的高效能量轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)了膠體納米晶中的高效白光發(fā)射（Nano Lett.，2021）；并基于自陷激子獨(dú)特的性質(zhì)拓展了其在長余輝發(fā)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(xué)測溫器（J. Phys. Chem. Lett.，2022）等領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　相關(guān)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(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）上。上述工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、大連化物所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的支持。

　　論文鏈接 

大連化物所等研制出單組分暖白光電致發(fā)光器件