《Chem Mater》近100%光致发光量子产率的全无机无铅蓝色发光体

来源：材料科学与工程

近年来，作为卤化铅钙钛矿的高发光无毒替代品，铜（I）卤化物在光电子领域得到了越来越多的关注。本文报道了用传统的固相法和溶液法等五种合成方法制备出蓝光、无铅、全无机卤化物K2CuX3（X=Cl，Br）。与先前报道的卤化铜相比，K2CuX3表现出更好的空气和光稳定性。

作者报道了K2CuX3（X=Cl，Br）的制备和表征，这是一种化学加压形式的亮蓝色发光Rb2CuX3。随着明亮的蓝光发射，显示出作为敏感X射线闪烁材料的强大潜力。相关论文以题目为“K2CuX3(X= Cl, Br): All-Inorganic Lead-Free Blue Emitters with Near-Unity Photoluminescence Quantum Yield”发表在Chemistry of Materials期刊上。

最近，一些卤化铜家族成为发光卤化铅的有前途的替代品。其中包括Cs3Cu2Cl5的近单位绿色光致发光和Cs3Cu2X5（X=Br，I）和Rb2CuX3（X=Cl，Br）的近单位蓝光发射。可调谐的蓝、绿和黄色发射也被观察到，然而，测量的光致发光量子产额（PLQY）值低于上述系列材料。在所有这些家族中，发光都归因于自陷激子（STEs），这是由这些卤化铜的低维晶体结构中的强电荷局域化引起的。STEs的形成伴随着一个重要的激发态结构重组，通常导致具有大斯托克斯位移的非常强的室温光致发光（PL）发射。鉴于结构畸变在金属卤化物发光中的重要性，狭窄的结构变化可导致观察到的材料发光行为发生显著变化。

最近对CsCu2I3的一项高压研究证实了这一推测，因为这种材料在压力下的结构演化导致了发光的显著增强和STE发射的变化。K2CuCl3和K2CuBr3的光致发光（PL）发射光谱在392 nm和388 nm处出现窄峰，半峰宽约为54 nm。高达97%的光致发光量子产率（PLQY）证实了可见光的蓝光发射。此外，在200 kVp，20 mA的X射线照射下，K2CuCl3的辐射发光测量在404 nm处产生一个明亮的峰值，这是与PMT和Si光电倍增管一起使用的最佳选择，这表明该体系在辐射检测应用方面具有强大的潜力。基于我们的实验和计算研究，K2CuX3的高效发光源于一维负离子[???3]2―链中形成的高稳定性自陷激子（STE）。（文：爱新觉罗星）

图1（a）K2CuCl3和（b）K2CuBr3的励磁相关PL测量。（c）K2CuCl3的室温时间分辨荧光光谱。（d）发射中心为404 nm的K2CuCl3的辐射发光光谱。

图2 K2CuCl3中激子中空穴（a）和电子（b）的部分电荷密度等值线。铜原子和氯原子分别用蓝色球和绿色球表示。等密度面电荷密度为0.001e/bohr3。