Zeer emissieve Sb3+-gedoteerde 0D cesium-indiumchloride-nanokristallen met schakelbare fotoluminescentie

Grafisch abstract. Credit: Nano vandaag (2022). DOI: 10.1016/j.nantod.2022.101460

Volledig anorganische loodvrije luminescente metaalhalogenide-nanokristallen (NC’s) zijn erg belangrijk in de opto-elektronica, maar hun toepassingen worden beperkt door de lage efficiëntie van fotoluminescentie (PL). Het is een effectieve aanpak via ns²– dotering van metaalionen voor het afstemmen van de optische eigenschappen van metaalhalogenide-NC’s en het uitbreiden van hun toepassingen.

Echter, de PL oorsprong van ns²-Met metaalionen gedoteerde metaalhalogeniden blijven controversieel en worden niet goed begrepen. Bovendien is de gecontroleerde synthese van Sb³⁺-gedoteerde 0D In-gebaseerde halogenide NC’s en het grootte-effect op de optische eigenschappen en de dynamiek van de aangeslagen toestand blijven onontgonnen.

In een studie gepubliceerd in Nano vandaagrapporteerde de onderzoeksgroep onder leiding van Prof. CHEN Xueyuan van het Fujian Institute of Research on the Structure of Matter (FJIRSM) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) de gecontroleerde synthese van Sb³⁺-gedoteerde 0D Cs₃InCl₆ NC’s met afstembare groottes en onderzocht het effect van NC-grootte op de optische eigenschappen en aangeslagen toestanddynamiek van Sb³⁺.

De onderzoekers behaalden 0D Cs₃InCl₆: Sb³⁺ NC’s met afstembare maten door de gecontroleerde synthese op basis van een HCl-hot-injectiemethode. De as-gesynthetiseerde NC’s vertonen heldergroene PL met een brede emissieband.

Ze onderzochten uitgebreid de effecten van NC-grootte en Sb³⁺ concentratie op de elektronische structuren en PL-eigenschappen van de NC’s en de dynamiek van de aangeslagen toestand van Sb³⁺ door middel van temperatuurafhankelijke steady-state en transiënte PL en ultrasnelle femtoseconde transiënte absorptie (fs-TA) spectroscopieën.

Door de sterke elektron-fononkoppeling van Sb³⁺ in de ruimtelijk beperkte 0D-structuur van Cs₃InCl₆Sb³⁺ ionen ervaren een dynamische Jahn-Teller-vervorming in de ³P₁ aangeslagen toestand en een excentrische positie in de ¹S₀ grondtoestand, wat resulteerde in een intense breedbandemissie van Sb³⁺ van de interconfiguratie ³P₁ → ¹S₀ overgang met een grote Stokes-shift en een hoge PL-kwantumopbrengst (QY) van 52,3%.

Bovendien, gebruikmakend van de hydroscopiciteit van de NC’s, demonstreerden de onderzoekers de door water geactiveerde chemische transformatie van de NC’s van groen-emitterende C’s₃InCl₆: Sb³⁺ naar oranje-emitterende Cs₂InCl₅·H₂O: Sb³⁺ met een PLQY tot 75,3%, waardoor de superioriteit van de Sb . wordt onthuld³⁺ luminescentie in metaalhalogenide NC’s.

Deze bevindingen bieden fundamentele inzichten in de dynamiek van de aangeslagen toestand van Sb³⁺ in 0D In-gebaseerde halide NC’s, waardoor een basis wordt gelegd voor toekomstig ontwerp van nieuwe loodvrije metaalhalide NC’s met afstembare structuur en schakelbare PL via ns²-metaalion dotering of legering naar veelzijdige toepassingen zoals luminescente chemosensoren.