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湘潭大学孙立忠教授课题组 CEJ：在部分碘取代的无铅锡卤钙钛矿中增强的自由激子发光

时间：2023-02-12 来源： 浏览：

湘潭大学孙立忠教授课题组 CEJ：在部分碘取代的无铅锡卤钙钛矿中增强的自由激子发光

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#钙钛矿 64 个
#密度泛函理论 7 个
#发光机制 4 个
#自由激子发光 2 个
#无铅钙钛矿 6 个

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近年来，铅卤钙钛矿的光伏光电应用因其性能突出而受到研究者的广泛关注。然而，铅元素固有的高毒性，以及铅卤钙钛矿材料在实际工作条件下较差的稳定性阻碍了此类材料的实际应用。作为铅卤钙钛矿的一类替代材料， A 2 BX 6 型的锡卤双钙钛矿对环境友好，如 Cs 2 SnX 6 材料具有直接带隙，有望作为无铅发光材料进行应用。然而，由于跃迁禁阻，在实验中本征 Cs 2 SnX 6 材料仅表现出低或不可检测的发光。为解决该问题，一种可用策略是通过部分离子取代降低其对称性，如对其 B 位的部分阳离子或者 X 位的部分阴离子进行取代。此前对此类材料的研究中，部分阴离子取代对其发光性能的影响尚未得到很好的理论回答，阻碍了这类材料发光性能的进一步优化。

针对这一问题，近期湘潭大学孙立忠教授课题组在国际知名学术期刊《 Chemical Engineering Journal 》（最新影响因子： 16.744 ，中科院一区 Top ）发表题为“ Cs 2 SnBr 6- x I x 中增强的自由激子发光：第一性原理研究”（ Enhanced Free-Exciton Luminescence in Cs 2 SnBr 6- x I x : A First-Principles Study ）的研究论文。
该研究以 Cs 2 SnBr 6 (CSB) 双钙钛矿为例研究了这种影响。研究者首先发现 CSB 在溴被碘部分阴离子取代时是热力学稳定的，且在 [SnBr 6-x I x ] 2- (x=1-3) 八面体中存在类 Jahn-Teller 或非类 Jahn-Teller 畸变，这些畸变影响了取代材料的带隙，但没有改变它们的直接带隙特征，更为重要的是几乎所有替代材料都显示出了增强的光发射性能。该研究进一步采用考虑自旋轨道耦合 (SOC) 的杂化 HSE06 泛函计算获得了取代材料更准确的带隙。最后，该研究通过 ΔSCF 方法对激子动力学进行了研究。上述计算的基础上，该研究总结发现几乎所有取代材料都具有高电子维度、小有效质量、非 Jahn-Teller 类畸变、小激子束缚能量、小的自陷深度、低的脱陷势垒，以及在重卤素存在下的非局部变形，确认了此类取代材料的发光主要源于自由激子。该研究所得的结论将有针对性地帮助设计和开发具有更好发光性能的卤化锡双钙钛矿材料。
图 1. 结构与稳定性。
图 2. Cs 2 SnBr 6- x I x 的结构参数。
图 3. 结构 3b 的电子结构和有效质量。
图 4. Cs 2 SnBr 6- x I x 的跃迁电偶极矩。
图 5. 结构 3b 中的激发态计算。

作者团队 ：

湘潭大学材料科学与工程学院 2020 级博士研究生高振任为论文的第一作者，孙立忠教授和吕蓬勃老师为共同通讯作者，湘潭大学为论文的第一单位。 论文得到了湖南省自然科学基金、湖南省优秀博士后创新人才项目以及湖南省研究生科研创新项目的支持。

孙立忠，湘潭大学，教授，博士生导师，湖南省“芙蓉学者”特聘教授、教育部“新世纪人才”，“薄膜材料与器件”湖南省重点实验室主任，湘潭大学材料科学与工程学院副院长。近年来科研工作主要集中在半导体杂质缺陷物理、计算纳米科学及发光材料与器件制备方面。孙立忠教授组建的材料计算与模拟团队目前包括 4 名专任教师，其中教授 1 人，副教授 3 人，研究方向涵盖了发光材料制备与器件设计、自旋电子学、二维材料和催化材料的设计与模拟等。

原文链接

https://doi.or g/10.1016/j.cej.2023.141533

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唐本忠院士、王志明课题组 AFM：热激子过程“激子回收”策略在高效深蓝光材料及电致发光器件制备中的应用

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