Angew. Chem. :光致发光效率大于99%: 基于一维离子型铜碘结构的热致变色磷光粉

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热致变色发光材料是指一类发光性质随温度改变的材料,该类材料广泛应用于温度指示、光学防伪、化学传感器等领域。在指示温度方面,该类材料具有可以直接识别温度,非接触式地测定极端环境或者微环境温度的特点,可作为荧光温度计、航天设备的涂层等。


近年来,基于铜碘的{attr}3222{/attr}无机杂化发光材料受到广泛关注,该类材料在20世纪70年代首次有热致变色发光的报道,相比于其他热致变色材料如量子点、有机染料、镧系金属发光材料等,铜碘杂化材料具有地壳丰度高、环境友好、制备简单、发光效率高、水氧稳定的优势。


近日,中国科学技术大学姚宏斌教授课题组与张国桢副研究员合作报道了一种独特的基于一维离子型铜碘结构的热致变色磷光粉材料,在10 K到300 K的温度范围内,其光谱的发射峰和发射波长均随温度变化,研究人员还深入探索并揭示了一种新型的热致磷光变色机制—由铜原子连续迁移引起的单晶结构转变,并将该材料作为磷光粉构建了热致变色LED器件。

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研究人员首先设计制备了碘化的4-二甲氨基-1-乙基吡啶作为配体的一维离子型铜碘杂化物,其在室温下具有超过99%的黄光发射效率。进一步理论计算的结果表明,该高效的光致发光是源于无机铜碘链到有机配体的空间电荷转移,该过程也有效减少了激发态结构的畸变。

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通过改变温度,研究人员发现该铜碘材料的发射光谱发生明显改变。低温下晶体结构的测试和解析表明,随温度的变化,一维离子型铜碘链中重复单元的结构也发生了改变。第一性原理模拟的结果表明,低温和室温下离子型铜碘链的可逆转变主要由连续的铜原子的迁移来实现。理论计算也验证了不同温度下的结构对应的基态与激发态的能级差符合相应温度下的发射波长。

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随后,研究人员发现该棒状粉末材料在长时间的高温和紫外光照射下都具有优异的稳定性,将其作为磷光粉构建的LED器件在液氮处理后恢复到室温的过程中表现出蓝光到白光再到黄光的热致变色现象,在色度图中呈现出显著的变化,有利于极端环境下温度的探测。

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综上,姚宏斌教授课题组与张国桢副研究员合作所报道的基于一维离子型铜碘链转变的热致变色发光材料,作为一类新型的荧光粉材料,推动了功能性LED的发展。本工作中对构效关系的深入研究也为热致变色发光材料的进一步的发展和应用提供了新的思路。

文信息

Thermochromic Phosphors Based on One-Dimensional Ionic Copper-Iodine Chains Showing Solid-State Photoluminescence Efficiency Exceeding 99 %

Kuang-Hui Song,Jing-Jing Wang,Li-Zhe Feng,Fuxiang He,Yi-Chen Yin,Jun-Nan Yang,Yong-Hui Song,Qian Zhang,Xue-Chen Ru,Yi-Feng Lan,Dr. Guozhen Zhang,Prof. Dr. Hong-Bin Yao


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202208960




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