福建物构所Adv. Funct. Mater:首个具有高显指、宽带白光发射的2D混合钙钛矿铁电材料

【引言】

铁电性和其他大部分物理性质的共存时，例如铁电体中的磁性和光学性质，在受到各种外部刺激时可能引起新型的物理现象。这些材料引起了对多功能应用（例如，磁电耦合，光伏和光电探测器装置）的极大兴趣。作为功能材料的一个令人兴奋的新分支，具有铁电性和荧光发射共存的发光铁电体对于平板显示器，场发射显示器（FED）等技术应用是非常重要的。在过去的几十年中，探索发光铁电体的大多集中在将稀土元素掺杂到钙钛矿型铁电陶瓷（例如，Pr³⁺掺杂的SrTiO₃，Cr³⁺掺杂的SrNbO₃）的常规策略中。然而，这些多组分材料通常会遇到一些可能的严重问题，例如相分离，颜色分离和自吸收。另一方面，作为照明和显示系统的关键参数之一，需要高显色指数（CRI）值（CRI> 80）以满足色彩高级应用的需求。因此，在铁电体中探索具有高CRI值的单组分的材料是非常迫切的。如新的有机-无机杂化铁电体系列所示，AMnX₃显示出优异的铁电性和高效的红光发射。然而，相比之下，直到现在还没有关于单组分铁电体中宽带白光发射的报道。

【成果简介】

近日，中国科学院福建物质结构研究所罗军华研究员和孙志华研究员（共同通讯作者）报道了一种二维层状有机-无机杂化钙钛矿铁电材料(C₄H₉NH₃)₂PbCl₄，其中有机部分的有序-无序动力学和钙钛矿骨架的结构变形是高于室温铁电性的原因。特别的，光致发光研究表明，材料在紫外激发下表现出固有的宽带白光发射，其显色指数高达86。白光发射可归因于室温下PbCl₆八面体的结构变形，这与铁电相(C₄H₉NH₃)₂PbCl₄中极性钙钛矿结构中的强电子-声子耦合显着相关。(C₄H₉NH₃)₂PbCl₄应该是目前报道的第一个白光发光铁电体，它在单组分二维钙钛矿混合物中表现出前所未有的铁电性和宽带白光发射共存现象，这表明了混合铁电体在集成光电子应用中的巨大潜力。相关研究成果“The First 2D Hybrid Perovskite Ferroelectric Showing Broadband White-Light Emission with High Color Rendering Index”为题发表在Advanced Functional Materials上。

【图文导读】

图一(C₄H₉NH₃)₂PbCl₄的铁电性能

（a）通过DSC测量的热性质

（b）温度可变的介电常数

（c）在不同温度下的极化电场（P-E）磁滞回线

（d）自发电极化Ps和热电流的温度相关性

图二顺层和铁电相中层状钙钛矿1的晶体结构的比较

图三PbCl₆八面体的结构变形

（a）结构相变期间八面体畸变的示意图。

（b）单个Pb-Cl层显示出可区分的Pb-Cl-Cl角。

图四材料的光致发光特性

（a）吸收光谱（蓝色）和发射光谱（336nm处的红色激发）

（b）材料在1931色彩空间色度图中的CIE色度坐标

（C） LED的照片

（d）材料的温度发射光谱

【小结】

总之，本文报道了一种具有2D层状钙钛矿结构的新型有机-无机杂化铁电材料(C₄H₉NH₃)₂PbCl₄。阳离子部分的协同动态排序和PbCl₆八面体的结构变形导致328K的大电极化。此外，光致发光研究表明，(C₄H₉NH₃)₂PbCl₄在紫外激发下显示出有趣的白光发射，具有高达86的高显色指数。在2D钙钛矿结构中，PbCl6八面体的结构变形清楚地阐明了白光发射的原理。这种铁电性和奇妙的白光发射共存为光电子领域的多功能应用提供了诱人的潜力。

文献链接：“The First 2D Hybrid Perovskite Ferroelectric Showing Broadband White-Light Emission with High Color Rendering Index”(Adv. Funct. Mater. 2018,DOI: 10.1002/adfm.201805038)

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