短链配体低温合成镱掺杂CsPbCl3钙钛矿纳米晶及其高效近红外发光机制研究
《Journal of Luminescence》：Short-chain ligand synthesis of ytterbium-doped CsPbCl
3 perovskite nanocrystals
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时间：2025年07月19日
来源：Journal of Luminescence 3.3
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传统长链配体合成镱(Yb3+)掺杂CsPbCl3钙钛矿纳米晶(PeNCs)需260°C高温，易破坏晶体结构。福建师范大学陈大钦团队创新性采用辛胺(OTAm)短链配体，将反应温度降至170°C，成功实现量子产率达49.5%的双波段发光（激子复合紫光与Yb3+的2F5/2→2F7/2近红外发射），飞秒瞬态吸收光谱证实100皮秒级高效能量转移。该研究为稀土掺杂钙钛矿材料低温合成提供新范式。
在光电材料领域，全无机钙钛矿纳米晶(CsPbX3 PeNCs)因其高吸收截面和可调谐发光特性，成为太阳能电池、LED和生物成像的研究热点。然而，传统合成方法依赖油胺(OM)等长链配体，需在260°C高温下进行，不仅能耗高，还易导致晶格缺陷和粒径不均。更关键的是，镧系离子掺杂虽能拓展发光至近红外区，但高温环境严重制约掺杂效率与材料稳定性。
针对这一瓶颈，福建师范大学的研究团队独辟蹊径，利用辛胺(OTAm)短链配体低沸点、高反应活性的特性，将Yb3+掺杂CsPbCl3纳米晶的合成温度成功降至170°C。这项发表于《Journal of Luminescence》的研究，通过结构表征与超快光谱技术，揭示了双通道能量转移机制：不仅主体晶格CsPbCl3能将能量传递给Yb3+，缺陷态同样可参与这一过程，最终实现49.5%的量子产率。飞秒瞬态吸收光谱显示，100皮秒级的超快转移速度远超3000皮秒的荧光寿命，确保了能量传递的高效性。
研究团队主要采用热注射法合成纳米晶，结合X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)进行结构解析，通过稳态/瞬态荧光光谱和飞秒泵浦-探测技术追踪能量转移动力学。
结果与讨论
材料设计：对比OM的折叠碳链结构，OTAm的短直链特性显著降低体系沸点，使反应温度降低90°C（图S1）。差示扫描量热法证实OTAm体系在170°C即可完成晶核形成与生长。
光学特性：制备的纳米晶同时呈现410nm激子发光与980nm Yb3+特征发射（2F5/2→2F7/2），荧光寿命分析表明Yb3+发光包含纳秒级（晶格转移）与微秒级（缺陷态转移）双组分。
机制解析：瞬态吸收光谱捕获到CsPbCl3导带电子在100皮秒内跃迁至Yb3+的动力学过程，理论计算表明OTAm配体缩短了Pb-Cl-Yb的能量传递路径。
结论与展望
该研究不仅为稀土掺杂钙钛矿材料建立了低温合成新标准，其揭示的双通道敏化机制更为设计高效近红外发光材料提供了理论依据。未来通过调控缺陷态密度，有望进一步提升Yb3+发光效率，推动其在活体成像、光通信等领域的应用。陈大钦团队在文末特别指出，该方法可拓展至其他镧系离子掺杂体系，为多功能钙钛矿光电器件的开发打开新思路。
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