近日，天津大学理学院化学系赵广久教授团队在钙钛矿材料的激发态化学机理研究方面取得突破性进展。该团队首次提出一种离子诱导相变促进发光的策略，从而可以实现光致发光效率的大幅度提升。通过运用飞秒瞬态吸收技术，揭示了相变前后深层次的激发态动力学机制，阐明了结构缺陷是限制发光的关键因素。该策略对进一步探索新型发光材料具有重要指导意义。相关研究成果发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。
近年来，钙钛矿材料被广泛应用于太阳能电池、发光二极管（LED）、纳米激光器以及太阳能聚光器等方向。目前研究仍有两个需要解决的问题：一是开发更多的新型钙钛矿材料以匹配器件；二是揭示材料的激发态动力学的微观机制。与块状宏观材料相比，纳米尺度的材料具有更高的发光效率、更大的吸光系数，以及结构上更易调节等优点。目前，一些新型钙钛矿材料通过引入长链有机阳离子合成，但由此形成的钙钛矿结构更不稳定；通过用其他金属离子取代铅离子虽然也会带来新的材料分子，但是却难以保持原来的性能。
我们采用溶液法首次合成NH4PbI3纳米晶，并通过引入铯离子进而引发的结构相变，实现了发光效率的大幅度提升。相关物相表征手段确定了前后合成物质的相结构转变，通过稳态光谱和飞秒瞬态吸收技术的结合，揭示了相变前后激发态机制的变化：光致发光的效率提升归因于非辐射复合过程得到有效抑制。研究发现通过调节铵根离子与铯离子的比例就可以调节发光范围，此外发现含有铵根离子的钙钛矿纳米晶具有更好的稳定性（相比与纯铯的纳米晶）。这些性质表明，改进的铵根离子钙钛矿具有很好的应用潜力，该策略为未来的发展指明了方向，也对其他体系具有极强的应用性。
上述工作得到国家自然科学基金的资助。（文/图 王朝）
