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长春应化所林君研究员、中国地质大学(武汉)李国岗教授 AFM综述: 金属卤化物“铋效应”机理

时间:2022-11-20 来源: 浏览:

长春应化所林君研究员、中国地质大学(武汉)李国岗教授 AFM综述: 金属卤化物“铋效应”机理

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#晶体结构 2
#无铅金属卤化物衍生物 1
#发光性能 1
#光电性能 3

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金属卤化物材料在照明、显示、光电探测、 X 射线探测及光伏等领域展现了优良的应用前景。通过调控金属卤化物材料的局域晶体结构及电子结构、形貌及颗粒尺寸,可以实现其发光性能及光电特性的可控调节及优化。近年来,含铅金属卤化物已经实现了高量子效率、超窄带发光及强近紫外光吸收。然而铅毒性问题一定程度上不利于其实际应用。由于具有相似的电子构型、电负性和离子半径,三价铋离子( Bi 3+ )被认为是替换铅离子( Pb 2+ )的极具潜力的候选材料。在含铋的金属卤化物材料中,三价铋离子可以产生蓝光发射、增强光吸收能力、调控材料带隙及促进激子局域化。然而,当前报道的铋基金属卤化物材料仍然存在较低的发光效率及能量转换效率等瓶颈问题。因此,深入理解三价铋离子能级跃迁和局域配位构型变化对金属卤化物材料的结构及发光的影响机制十分关键。

近日, 中科院长春应用化学研究所林君研究员和中国地质大学(武汉)李国岗教授团队 在《 Adv. Funct. Mater. 》期刊上发表了题为 Recent Progress of Bismuth Effect on All-Inorganic Lead-Free Metal Halide Derivatives: Crystals Structure, Luminescence Properties, and Applications 的综述文章( DOI: 10.1002/adfm.202205829 )。该篇综述主要关注全无机金属卤化物及衍生物中三价铋离子的能级跃迁及局域配位构型变化对金属卤化物发光性能的影响规律。详细总结了金属卤化物材料的晶体结构特点、电子构型及本征能级跃迁的相互作用、合成方法、发光特性及在照明,光电及光伏领域的应用潜力。重点阐述了三价铋离子的能级跃迁和局域配位结构对金属卤化物材料的结构和性能的影响机制,构建了含铋金属卤化物材料的 结构 - 发光 关系。该综述提出的 结构 - 发光 构效关系可以为当前金属卤化物材料的性能优化和新型金属卤化物材料的开发提供理论指导和依据。
1. 金属卤化物中铋效应总结示意图。
2. 金属卤化物晶体结构示意图。
3. (a) 全无机金属卤化物带隙值总结, (b) Cs 2 AgBiCl 6 Cs 2 AgBiBr 6 材料中 Bi 3+ 分子轨道示意图, (c) Cs 2 AgInCl 6 能带结构图, (d) Cs 2 AgInCl 6 中自陷态激子能级 (STEs) 示意图。
4. 金属卤化物合成方法总结,其中 I 展示了沉淀反应 , II. 代表水热法 , III. 是热注射法 , IV. 是旋涂技术。
5. (a) Cs 3 Bi 2 Br 9 纳米晶发射光谱图, (b) Cs 2 AgBiBr 6 :In 3+ 发射光谱图, (c) Cs 2 AgBiBr 6 :In 3+ , Cs 2 AgBiBr 6 :Sb 3+ , Cs 2 NaBiCl 6 :Mn 2+ , Cs 2 LiBiCl 6 :Mn 2+ 的发光照片图, (d) Rb 3 BiCl 6 :Sb 3+ 的发射光谱图, (e) Rb 3 BiCl 6 :4.5%Sb 3+ 飞秒瞬态吸收光谱图, (f) Cs 4 MnBi 2 Cl 12 SCs and CsMnCl 3 ·2H 2 O 发射光谱图, (g-i) 发光机理及铋效应阐述示意图。
6. (a) Cs 2 B(IV)Cl 6 :Bi 3+ (B = Sn 4+ , Zr 4+ , Hf 4+ ) 晶体结构示意图, (b) Cs 2 B(IV)Cl 6 :Bi 3+ (B = Sn 4+ , Zr 4+ , Hf 4+ ) 发光特定对比, (c) Cs 2 HfCl 6 :Bi 3+ 发射光谱图, (d) Cs 2 SnCl 6 Cs 2 SnCl 6 :Bi 3+ 计算的能带结构图, (e) Cs 2 SnCl 6 :Bi 3+ 能级示意图, (f) Cs 2 HfCl 6 跃迁机理图。
7. (a) Cs 2 AgInCl 6 , Cs 2 AgInCl 6 :Bi 3+ , Cs 2 Ag 0.6 Na 0.4 InCl 6 and Cs 2 Ag 0.6 Na 0.4 InCl 6 :Bi 3+ 材料的量子效率对比, (b) Cs 2 NaInCl 6 :AgBi, Cs 2 NaInCl 6 电子结构, (c) Cs 2 NaInCl 6 :AgBi, Cs 2 NaInCl 6 VBM CBM 电荷密度示意图, (d) Cs 2 AgIn (1 x) Bi x Cl 6 (x ≤ 0.5) 晶体结构扭曲示意图, (e) Cs 2 AgInCl 6 Cs 2 AgInCl 6 :Bi 3+ 发射光谱及发光照片, (f) 铋及稀土离子共掺的金属卤化物材料的发光照片图。
8. (a) 金属卤化物中的组分取代示意图, (b) Cs 2 AgSb x Bi 1-x Br 6 材料中组分取代诱导的带隙工程, (c) 高压诱导金属卤化物结构变化示意图, (d,e) 高压诱导下 Cs 2 AgBiBr 6 材料紫外 / 可见吸收光谱变化, (f) 高压诱导的 Cs 2 AgBiBr 6 带隙变化图。
9. (a) Cs 2 SnCl 6 :2.75%Bi 3+ 基白光 LED 的电致发光光谱, (b) BAM:Eu Cs 2 Ag 0.4 Na 0.6 InCl 6 :1%Bi 3+ , 1%Ce 3+ 封装的白光 LED 的电致发光光谱, (c) Cs 4 MnBi 2 Cl 12 , BAM:Eu Lu 3 (Al, Ga) 5 O 12 :Ce 3+ 封装的白光 LED 的电致发光光谱, (d) 光激发的快速响应二维码。
10. (a) Cs 2 AgBiBr 6 基光电探测器示意图, (b) Cs 2 AgBiBr 6 基光电探测器带结构图, (c) Cs 4 Cd 0.75 Mn 0.25 Bi 2 Cl 12 基光电探测器带结构示意图, (d) Cs 4 Cd 0.75 Mn 0.25 Bi 2 Cl 12 基光电探测器在黑暗及照明环境下的输出曲线, (e) Cs 2 AgBiCl 6 基光电探测器器件结构, (f) Cs 2 AgBiCl 6 基光电探测器稳定性测试。
11. (a) 医用平板 X 射线数字照相术示意图, (b) 通过线性探测器阵列获得心形标志的光学图像和 X 射线图像, (c,d) X 射线辐射下 Au/Cs 2 AgBiBr 6 单晶 /Au 器件的光电过程和光导增益示意图。
12. (a) Cs 2 AgBiBr 6 太阳能电池器件组示意图, (b) 离子迁移能量图, (c) Cs 2 AgBiBr 6 太阳能电池老化机制, (d) CuBiI 4 :Spiro-MeOTAD 太阳能电池的带能级示意图。
13. (a) 实时湿度传感器装置示意图, (b) 动态响应和恢复曲线, (c) 湿度传感器的机理图, (d) 防伪印刷图案。
中国地质大学(武汉)博士研究生魏忆为第一作者,中国地质大学(武汉)李国岗教授,中科院长春应用化学研究所林君研究员为通讯作者。

原文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202205829

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