青科大邢军&南大徐伟高团队：精准合成宽光谱白光钙钛矿材料

青岛科技大学邢军和南京大学徐伟高教授基于二维有机-无机杂化钙钛矿中分子设计，研究了有机分子空间位阻效应对钙钛矿结构扭曲和激子自限域的影响规律，并依此设计制备了40种宽光谱白光钙钛矿材料。

低维有机-无机杂化钙钛矿材料发光可分为自由激子（FE）发光和自限域激子（STE）发光。STE发光钙钛矿中电子-声子耦合作用较强，在激发态下晶格产生极化，形成能量势阱，导致激子自限域。STE发光具有宽光谱和低的自吸收等特性，在单一组分白光材料和器件中具有应用优势。目前，人们普遍认为钙钛矿结构扭曲对激子自限域起着关键作用，然而结构扭曲的起源及其与激子自限域的内在关联尚不清楚。因此，合成有机-无机杂化白光钙钛矿缺乏理论指导，主要通过反复尝试各种有机分子而制备。

最近，青岛科技大学邢军和南京大学徐伟高教授报道了有机分子空间位阻效应对钙钛矿结构扭曲和激子自限域的影响规律，并精准设计制备了40种白光钙钛矿材料。在本文中，作者选用环丙胺、环丁胺、环戊胺、环己胺等一系列有机分子制备二维钙钛矿晶体。该有机胺分子中均含有C-C(-NH₂)-C基团，其中C-C-C夹角分别为60.0°、87.2°、105.2°、111.6°，它们在钙钛矿结构中展现出不同程度的空间位阻效应。

通过单晶结构和光谱分析表明，有机胺分子中C-C-C键角越大，空间位阻效应越强，引起钙钛矿结构扭曲越大，激子越容易发生自限域，STE发光越强。根据此规律，可以将有机分子扩展到含有C-C(-NH₂)-C、C-NH-C和C-N(-C)-C基团的伯胺、仲胺和叔胺分子，并成功制备了40种宽光谱白光钙钛矿材料，发光光谱覆盖400-800 nm可见光范围，发光颜色从冷白到暖白可调节。该研究工作不仅揭示了钙钛矿中有机分子构型对STE形成和发光的影响，同时为精准设计合成丰富的白光钙钛矿材料提供了理论指导。

论文第一作者为青岛科技大学牛露丹和南京大学赵丽丽，通讯作者为邢军和徐伟高教授。详见：Ludan Niu, Lili Zhao, Deyu Li, Qian Chen, Mingming Zhang, Jing Luan, Lei Wang, Weigao Xu, Jun Xing. Predictably Synthesizing a Library of White-Light-Emitting Perovskites. Sci. China Chem., 2023, 66, 3, 760-767.

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【通讯作者简介】

邢军 青岛科技大学教授，博士生导师。2014年于华东理工大学获得博士学位。2014-2019年在南洋理工大学和多伦多大学从事博士后研究。2019年入职青岛科技大学，主要从事新型光电材料的开发与应用，在卤化钙钛矿和碳氮聚合物等发光材料的设计制备与LED器件领域开展了系列研究工作。目前，已在Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Sci. China Chem.、Nano Lett.、ACS Nano等期刊发表论文60余篇，承担国家自然科学基金和山东省泰山学者青年项目。

徐伟高 南京大学教授，博士生导师，国家高层次人才青年项目入选者。2013年于北京大学获得博士学位，2013-2018年在南洋理工大学从事博士后研究。致力于微观、介观与宏观尺度材料的自下而上构筑、新奇物性探索与功能开发。研究方向主要包括：(1)低维异质结构与晶体材料构筑；(2)界面光谱学与显微成像；(3)功能材料与光电器件开发。目前，在Nature、Nat. Photon.、Nat. Commun.、PNAS、Adv. Mater.、Nano Lett.等期刊发表论文20余篇，主持国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目。

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