開發出高效余暉材料并揭示其發光動力學機制

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近日，中科院大連化學物理研究所副研究員楊斌等在非鉛鈣鈦礦單晶余輝發光動力學研究方面取得新進展。團隊制備出了具有長余輝及高效發光量子產率的鎘（Cd）基鈣鈦礦單晶，并對其余輝發光動力學機理進行了深入研究。相關研究成果發表在《德國應用化學》上。

余輝材料具有存儲可見光子、紫外線及X射線等多種輻射的能力，已被廣泛應用于顯示、生物成像、防偽技術和數據存儲等領域。然而，傳統的全無機熒光粉，例如氧化物、硫化物和氮化物基余輝材料晶格能較高，通常需要通過高溫處理生產，這給生產制備帶來了相當大的能耗和安全風險。

本工作中，科研人員發展了基于三線態自陷激子（STE）到受體Mn2+能量轉移的發光策略，以溶液處理的鈣鈦礦CsCdCl3單晶作為余輝基質，通過Mn2+摻雜策略，制備出了高效超長抗熱淬滅余輝發射熒光體，可以同時實現高發光量子產率（81.5%）和超長余輝時間（150秒）。科研人員進一步通過深入的載流子動力學研究和密度泛函理論（DFT）計算為發光機制提供了明確的證據：研究發現CsCdCl3:Mn2+結構具有面共生（C3v對稱性）和角共生（D3d對稱性）的[CdCl6]4-八面體，可以形成不等價的Cl空位，從而產生具有廣泛能量分布的陷阱態。這些陷阱態可以儲存電荷載流子，并將它們緩慢地釋放到發射中心（[MnCl6]4-八面體），從而產生具有反熱淬滅效應的余輝發射。

此外，科研人員還證明了余輝發射持續時間與主要由Cl空位引起的深陷狀態的數量有正相關的關系，這可能有助于通過材料和陷阱工程進一步設計顏色可調控和更長的余輝材料。