近日，天津大學趙廣久教授團隊在鈣鈦礦材料的激發態化學機制研究方面取得突破性進展。相關研究成果發表在《Chemical Engineering Journal》（IF: 10.65）上。該團隊首次合成了一種新型非鉛雙鈣鈦礦材料，并調控晶格畸變，調控了激發態載流子動力學，從而顯著促進了光致發光量子產率的提升，對進一步的材料開發和應用有很強的指導意義。 研究背景 在過去的十年中，關于鈣鈦礦材料的開發和應用一直在光伏電池和發光領域得到了極大的發展。鈣鈦礦納米晶體的與其塊狀材料相比，具有許多優勢，例如鈣鈦礦納米晶具有高的光致發光量子產率，顏色可調，同時易于大規模制備柔性器件。因此，鹵化鈣鈦礦納米晶體已成為研究人員的重要研究對象。 不幸的是，鉛的毒性限制了鹵化鉛的進一步應用鈣鈦礦納米晶體。最近報道了一些無鉛鈣鈦礦納米晶體的合成，但是其很難構造3D的鈣鈦礦結構，導致性能不佳。鉛基鈣鈦礦的出色光學性能NC由獨特的3D鈣鈦礦結構和ns2電子軌道，使其具有優異的電荷載流子行為。同時，幾種雙鈣鈦礦納米晶體 3D結構取得了一些進展。但是有兩個問題仍然存在。一種是開發更新穎的雙納米晶體來配合設備的應用；另一種是使用高精度光譜探索更深層次的激發態動力學。因此，更有效的合成技術改造和更深刻的載流子動力學研究是目前最有效的方法，這可提高無鉛鈣鈦礦納米晶體的應用前景。 研究基礎 在前期的研究中，團隊在鈣鈦礦光電材料設計與機理研究方面取得了一系列的原創性成果。前期我們團隊通過離子摻雜誘導相轉變，從非活性相轉變為活性相，使得發光效率得到大幅度提高 (Angew. Chemie. Int. Ed. 2019, 58, 11642.) ; 在認識到晶型對發光調控的重要影響后，我們進一步地通過離子摻雜控制晶格變形程度進而調控發光峰的寬度，可以在實現高發光效率的同時隨意控制發光峰寬度的窄化和拓寬(Chem. Eng. J. 2020, 125367; J. Lumin. 2020, 117045; 2D Mater. 2020, 7, 031008.)；最后我們為了開發多手段實現構象調控，我們通過引入不同的左右旋手性基團，從而實現手性的傳遞和放大(J. Mater. Chem. C. 2020, 8, 5673. Phys. Chem. Chem. Phys. 2020, 22, 17299.)。 研究進展 在這項工作中，趙廣久團隊創新地開發了高效光致發光鈉鉍雙鈣鈦礦Cs2NaBiX6（X = Cl，Br）納米晶體。該團隊通過離子摻雜控制晶格畸變，促進自陷態激子的捕獲，實現了超快的熱載流子弛豫；同時，DFT理論計算分析表明離子摻雜后的晶體的能帶結構從間接帶隙轉變為直接帶隙，促進了電子空穴的輻射復合；此外離子摻雜也降低了晶體的體相缺陷，減少了缺陷產生的非輻射復合。以上三者的貢獻綜合作用從而大幅度促進了光致發光產率的提升，結果離子摻雜后的雙鈣鈦礦Cs2NaBiCl6 NCs可顯示約16％的明亮寬帶光致發光PLQY，高于迄今為止報告的單組分鈣鈦礦發光材料（2-10％）。我們的研究為未來的新材料的開發和應用提供了指導。