【物化】超快光谱揭示零维钙钛矿发光机理

　　近年来，卤化物钙钛矿材料因其出色的光学性质在太阳能电池、LED、激光器等方面得到了广泛应用。钙钛矿量子点具有荧光量子产率高、荧光峰窄、荧光颜色可调等优点，然而钙钛矿块体材料的荧光往往极弱。在0维钙钛矿材料Cs4PbBr6中低维结构使材料中具有强烈的量子限域效应，使Cs4PbBr6块体依然可以具有较强的荧光。然而Cs4PbBr6的发光机理存在一定的争议，一部分研究认为其中的荧光来源于CsPbBr3杂质，还有一部分研究认为Cs4PbBr6的荧光来源于一些本征缺陷，如Br空位等。瞬态吸收光谱是一种研究物质激发态性质的重要手段，已经在钙钛矿材料的研究中得到了广泛应用，然而对Cs4PbBr6的瞬态吸收研究并不多。

　　兰州大学化学化工学院王强教授和张浩力教授课题组制备了Cs4PbBr6与CsPbBr3的单晶，利用粉末XRD、单晶XRD、掠入射XRD以及选区电子衍射等手段对样品的结晶性进行测试，证明得到结晶性良好的样品。通过结合时间分辨单光子计数法（纳秒尺度）、条纹相机（皮秒尺度）与飞秒瞬态吸收光谱（飞秒尺度）等手段，得到了两种材料在不同时间尺度下的激发态过程，并进行了解析与比较。

　　近年来，卤化物钙钛矿材料因其出色的光学性质在太阳能电池、LED、激光器等方面得到了广泛应用。钙钛矿量子点具有荧光量子产率高、荧光峰窄、荧光颜色可调等优点，然而钙钛矿块体材料的荧光往往极弱。在0维钙钛矿材料Cs4PbBr6中低维结构使材料中具有强烈的量子限域效应，使Cs4PbBr6块体依然可以具有较强的荧光。然而Cs4PbBr6的发光机理存在一定的争议，一部分研究认为其中的荧光来源于CsPbBr3杂质，还有一部分研究认为Cs4PbBr6的荧光来源于一些本征缺陷，如Br空位等。瞬态吸收光谱是一种研究物质激发态性质的重要手段，已经在钙钛矿材料的研究中得到了广泛应用，然而对Cs4PbBr6的瞬态吸收研究并不多。

　　兰州大学化学化工学院王强教授和张浩力教授课题组制备了Cs4PbBr6与CsPbBr3的单晶，利用粉末XRD、单晶XRD、掠入射XRD以及选区电子衍射等手段对样品的结晶性进行测试，证明得到结晶性良好的样品。通过结合时间分辨单光子计数法（纳秒尺度）、条纹相机（皮秒尺度）与飞秒瞬态吸收光谱（飞秒尺度）等手段，得到了两种材料在不同时间尺度下的激发态过程，并进行了解析与比较。

　　研究发现在300 nm的激光激发下Cs4PbBr6在330-370 nm处470-515 nm处各存在一个基态漂白信号，在370-440 nm和510-600 nm处各存在一个激发态吸收信号。通过全局拟合得到212 fs、4 ps、113 ps和ns以上等组分，分别对应缺陷态激子捕获（212 fs）、缺陷态内弛豫（4 ps）及激子复合过程（113 ps 及ns 以上）。CsPbBr3的激发态过程则表现为热载流子弛豫（925 fs）、激子trap 过程（21 ps）及激子复合过程（336 ps 及ns 以上）。结果表明Cs4PbBr6与CsPbBr3的激发态过程并不相同，且Cs4PbBr6的激发态表现出更短的寿命，表明0维钙钛矿Cs4PbBr6的荧光并非来源于CsPbBr3杂质。

　　相关成果发表在The Journal of Physical Chemistry Letters 上，文章的第一作者为兰州大学硕士研究生刘芮彤。上述研究得到了国家自然科学基金的资助。