大连化物所揭示非铅四重钙钛矿纳米晶及其高效光电探测器动力学机理

全无机CsPbX3（X = Cl，Br，I）型钙钛矿纳米晶体已在光电子器件领域中得到了广泛研究。由于铅的高毒性，人们一直在寻找铅的替代元素。非铅卤化钙钛矿型纳米晶因其低毒性，高稳定性和化学多样性而受到越来越多的关注。韩克利团队前期已开发一系列A3M'2X9（Angew. Chem. Int. Edit., 2017), A2MM'X6（J. Am. Chem. Soc., 2018;Angew. Chem. Int. Edit., 2018；Angew. Chem. Int. Edit., 2018；Angew. Chem. Int. Edit., 2019；Sci. China Chem., 2019；Sci. Bull., 2020；ACS Cent. Sci., 2020；J. Phys. Chem. Lett., 2020）和A2BX6（Angew. Chem. Int. Edit., 2020）型非铅钙钛矿纳米晶并揭示其发光动力学机理。然而，基于这些非铅钙钛矿型纳米晶的光电子器件研究进展有限。因此，通过揭示新型非铅钙钛矿纳米晶的载流子动力学，并依此将其有效地应用在光电子器件领域方面具有重要意义。

       该团队首次报道了一系列空位有序的四重钙钛矿型胶体纳米晶，通过对Cs4MnBi2Cl12纳米晶合金化，可将其荧光量子产率提高近100倍。载流子超快动力学研究发现，在四重钙钛矿纳米晶Cs4MnBi2Cl12中，自由激子迅速自捕获为“自陷激子”，进而发生自陷激子辅助的给体—受体（Mn2+）能量转移过程。合金化可以消除与能量转移相互竞争的超快缺陷态捕获过程，并可提升纳米晶的结晶度，进而大幅度提升发光效率。基于合金化的四重钙钛矿纳米晶具有结晶度高、载流子寿命长等特性，该团队还制备了基于该纳米晶的光电探测器，该探测器具有超高响应度（0.98×104 A/W），该灵敏度远高于以往报道的基于非铅钙钛矿纳米晶的光电探测器。四重钙钛矿型纳米晶为光电应用开辟了新的可能性。

       相关研究结果发表在《先进材料》（Adv. Mater.）上。上述工作得到国家自然科学基金重点项目等资助。（文/图 杨斌、柏天新）