研究背景：

发光杂化金属卤化物是发光材料研究热点，零维In(III)卤化物有低毒、稳定的特点，但其量子产率较低。Sb³⁺掺杂可提升发光效率，但其对In(III)卤化物的调控机理与单组分暖白光研究仍较缺乏。本文通过Sb³⁺定向掺杂零维(Me₂NH₂)₄InCl₇，实现了高效单组分暖白光发射，为高性能暖白光LED及相关材料研究提供新思路。

文章概述：

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室夏志国教授课题组通过在零维In(III)杂化卤化物(Me₂NH₂)₄InCl₇中引入Sb³⁺掺杂策略，成功将原本非发光材料转化为光致发光量子产率高达 100% 的高效暖白光发光材料，突破了In³⁺的d¹⁰电子构型所导致的晶格刚性强、自陷激子发射效率低等关键瓶颈，为In(III)基杂化卤化物在固态照明领域的应用拓展提供了新的思路。

图文导读：

图1.(a) (Me₂NH₂)₄InCl₇:0.2Sb³⁺的晶胞晶体结构；(b) (Me₂NH₂)₄InCl₇:xSb³⁺(x = 0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.25)体系的粉末X射线衍射(PXRD)图谱；(c) (Me₂NH₂)₄InCl₇:0.2Sb³⁺的实验与模拟PXRD图谱对比；(d) (Me₂NH₂)+、[InCl₆]与[SbCl₆]八面体的配位结构；(e) (Me₂NH₂)₄InCl₇:0.2Sb³⁺的EDS元素面分布图

图2.(a) (Me₂NH₂)₄InCl₇与(Me₂NH₂)₄InCl₇:0.2Sb³⁺的光致发光激发与发射光谱；(b) (Me₂NH₂)₄InCl₇:xSb³⁺(x = 0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.25)样品的发射光谱；(c) 激发功率密度依赖的(Me₂NH₂)₄InCl₇:0.2Sb³⁺光致发光强度(λex=375 nm)；(d) (Me₂NH₂)₄InCl₇:0.2Sb³⁺的荧光衰减曲线

图3.(a)、(d)分别为(Me₂NH₂)4InCl₇与(Me₂NH₂)₄InCl₇:0.2Sb³⁺对应导带底(CBM)和价带顶(VBM)的电荷密度；(b)、(e)分别为上述两种体系的能带结构；(c)、(f)分别为上述两种体系的态密度(DOS)

图4.(a) 80–300 K 温区内 (Me₂NH₂)₄InCl₇:0.2Sb³⁺的发射光谱；(b) 温度–波长二维强度分布图；(c) 变温发射峰位与半峰宽（FWHM）；(d)、(e) 分别为 (Me₂NH₂)₄InCl₇:与(Me₂NH₂)₄InCl₇:0.2Sb³⁺的半峰宽平方（FWHM²）随1/(2kT)的变化曲线；(f) (Me₂NH₂)₄InCl₇:0.2Sb³⁺的光物理过程示意图

图5.(a) 基于 (Me₂NH₂)4InCl₇:0.2Sb³⁺制备的白光LED在60 mA电流下的电致发光（EL）光谱，插图为所制备白光LED的实物照片；(b) 基于YAG:Ce³⁺与(Me₂NH₂)₄InCl₇:0.2Sb³⁺的白光LED器件实物对比图；(c)、(d) 分别为基于(Me₂NH₂)₄InCl₇:0.2Sb3+与 YAG:Ce³⁺器件对应的显色指数（CRI）

研究结论：

本研究通过Sb³⁺定向掺杂零维(Me₂NH₂)₄InCl₇，Sb³⁺以晶格取代方式占据In³⁺位点，其5s²电子诱导[SbCl₆]八面体产生局部晶格畸变，弱化了因In³⁺的d¹⁰闭壳层电子组态导致的晶格刚性。晶格畸变显著增强电子-声子耦合作用，加深自陷激子势能阱并抑制非辐射弛豫路径，让原本非发光材料转变为高效暖白光材料，优化后的(Me₂NH₂)₄InCl₇:0.2Sb³⁺在350 nm激发下实现100%荧光量子产率，呈现微秒级寿命(4.28μs)、大斯托克斯位移(280 nm)与宽发射带(177 nm)的自陷激子特征发射。In³⁺基卤化物本征晶格弛豫受限，自陷激子难以形成，单组分In(III)暖白光发射材料研发存在空白，现有白光材料存在毒性高、显色性差等问题。该掺杂策略精准解决了In(III)卤化物发光效率低的核心难题，同时依托低毒稳定的In(III)基质实现了高性能单组分暖白光发射。基于该材料制备的暖白光LED，光谱覆盖全可见光区，显色指数优异，弥补了传统YAG:Ce³⁺基LED的缺陷，也为晶格刚性发光材料的性能调控提供了晶格畸变的新路径，拓展了In(III)杂化卤化物闪烁体在高品质暖白光LED照明领域的应用。

该研究工作得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、中国博士后科学基金、中央高校基本科研基金以及发光材料与器件国家重点实验室等科研项目的资助，特此致谢。

论文信息：

Achieving High Photoluminescence Quantum Yield in Sb-Doped Indium-Based Hybrid Halides for Single-Component Warm White LEDs

Yuyang He, Yuting Xu, Yuzhen Wang, Shuai Zhang*, and Zhiguo Xia*

Advanced Optical Materials

DOI:10.1002/adom.202600001

原文链接：https://doi.org/10.1002/adom.202600001

期刊简介：

Advanced Optical Materials是一个国际性的、跨学科的期刊，针对材料科学的同行评审论文，重点关注光-物质相互作用的各个方面。致力于光子学、等离子体、超材料等领域的突破性发现和基础研究。