北师大 构建二维金属有机卤化物实现发光效率和发光寿命同时提升

具有长寿命发光和高量子产率的分子固体材料在防伪、传感器、生物成像和信息储存等领域引起了广泛的研究兴趣。近年来，发光寿命达到秒级的有机室温磷光分子持续报道，但由于量子产率和寿命之间存在内部竞争关系，具有高发光量子产率的室温磷光材料仍然很稀少。相比之下，贵金属配合物（如Ir(III)或Pt(II)）具有强的重原子效应，能极大增强旋-轨耦合，提高量子产率，但其发光寿命较短。因此，如何平衡量子产率和发光寿命的竞争关系，以同时提高发光寿命和量子产率仍然是一个问题。

与室温磷光相比，热活化延迟荧光（TADF）是另一种长寿命发光（微秒至毫秒），理论上TADF能利用全部激子能量，进而实现高效率发光。另一方面，由于二维材料具有刚性层板结构，能有效抑制非辐射跃迁，是一种实现高发光量子产率的理想体系。

近期，北京师范大学化学学院闫东鹏教授课题组以二维金属卤化物钙钛矿材料为载体，通过合理调控重原子效应来延长TADF的发光寿命，同时提高发光量子产率。他们以金属镉为基础，设计合成了两种二维蓝光杂化钙钛矿微纳片（CdCl2-4HP和CdBr2-4HP），其中重原子效应较弱的CdCl2-4HP量子产率为63.55%，发光寿命为103.12ms。理论计算揭示了有机-无机量子阱结构的CdCl2-4HP钙钛矿材料具有二维限域作用和分子间π-π相互作用，这能极大地稳定单线态和三线态激子，提高发光量子产率。而重原子效应较强的CdBr2-4HP的量子产率为25.36%，发光寿命为0.59ms。通过对比两种不同重原子效应的杂化钙钛矿材料，证明了合理调控钙钛矿材料中重原子效应能有效地调节TADF的发光寿命，进而同时提高发光寿命和量子产率。

图. 高效蓝光二维金属卤化物钙钛矿的合成

该工作在有机-无机杂化钙钛矿材料中同时实现了长寿命TADF和高量子产率。此外，基于光波导和长寿命TADF使得二维钙钛矿微纳片具有时间-空间双分辨的发光性能，利用此特点，发展了该材料在信息加密和光学逻辑门中的应用。研究得到国家自然科学基金、北京科技新星计划和北京师范大学分析测试基金等课题资助，研究成果近期发表于《德国应用化学》 (Angew. Chem. Int. Ed. DOI:10.1002/anie.201909760）:Simultaneous Long‐Persistent Blue Luminescence and High Quantum Yield within 2D Organic‐Metal Halide Perovskite Micro/Nanosheets，北京师范大学化学学院2017级硕士生周博为论文第一作者。

来源 北京师范大学

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