近日，前沿交叉科学青岛研究院韩克利教授团队在全无机非铅四重钙钛矿纳米晶发光动力学机理研究方面取得新进展。该团队报道了一系列新型非铅四重卤化物钙钛矿纳米晶的发光增强机制，并依此制备高性能光电探测器。相关研究成果以“Efficient Luminescent Halide Quadruple-Perovskite Nanocrystals via Trap-Engineering for Highly Sensitive Photodetectors”为题发表在《先进材料》(Adv. Mater.)上。山东大学为该论文的第一完成单位，前沿交叉科学青岛研究院2020级博士研究生柏天新为该论文的第一作者，韩克利教授和大连化学物理研究所杨斌副研究员为该论文的共同通讯作者。

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。韩克利教授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，团队成员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（0.98×10⁴A/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。该工作表明，四重钙钛矿型纳米晶为光电应用开辟了新的可能性。

上述工作得到了中国国家重点研究与发展计划项目，国家自然科学基金，中国科学院科学仪器发展计划等的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202007215