
钙钛矿材料设计与功能调控中手性组装的前沿展望
手性组装赋予钙钛矿材料明确的结构手性和光学各向异性,为光电应用中的多维调控提供了独特机会。近年来,通过模板引导组装、配体诱导组装等策略,研究者在手性信号放大、能带结构工程和自旋轨道耦合增强方面取得了重要进展。该综述总结了手性钙钛矿在圆偏振发光器件、偏振敏感探测器、偏振成像、光通信与加密以及自旋电子学和量子信息等方向的最新进展。

手性组装赋予钙钛矿材料明确的结构手性和光学各向异性,为光电应用中的多维调控提供了独特机会。近年来,通过模板引导组装、配体诱导组装等策略,研究者在手性信号放大、能带结构工程和自旋轨道耦合增强方面取得了重要进展。该综述总结了手性钙钛矿在圆偏振发光器件、偏振敏感探测器、偏振成像、光通信与加密以及自旋电子学和量子信息等方向的最新进展。

卤化铅钙钛矿由于其溶液工艺性、可调带隙和优异的光电性能,是具有潜力的下一代光电子材料。然而,由于相分离、卤化物挥发和稳定性不足,实现全无机CsPbX3纳米晶体的深蓝光发射仍然具有挑战性,限制了其工业应用。在此,提出了一种“氯源调控—缺陷钝化—纤维集成”的协同策略。通过将β-环糊精氯化物(βCD-Cl)引入CsPbBr3,采用机械合成路线合成了大规模深蓝光CsPbBr3-xClx@βCD-Cl微晶体。通过静电纺丝制备了柔性的蓝光纤维薄膜,表现出55.79%的发光量子产率(PLQY)和优异的环境稳定性,在水中放置171天后仅观察到16 nm的红移。此外,纤维薄膜实现了近红外(750 nm)到蓝光的上转换(450-490 nm),实现了前所未有的胆红素降解效率(20分钟内降解40%)。它们可以作为下一代光疗毯的核心组件,结合光谱选择性(阻挡<420 nm的有害辐射)和疗光传输,消除新生儿视网膜光毒性风险,无需佩戴防护眼镜。制备了全溶液工艺的白色光纤维薄膜,CIE坐标(x = 0.32,y = 0.34)接近理想白光点。总体而言,这项研究阐明了分子结构—性能关系,克服了稳定性瓶颈,并支持光动力治疗和生物光子设备。


本研究通过可规模化静电纺丝工艺制备了具有蛾眼形貌的仿生SrAl2O4:Eu2+, Dy3+@SiO2柔性薄膜。该薄膜对水、酸和碱表现出优异耐受性,同时具备高效X射线屏蔽、低剂量率X射线超灵敏探测、高分辨率X射线成像和长时间辐射诱导可视预警等功能,为下一代轻量化辐射屏蔽、探测和预警材料提供了有前景的平台。

本研究提出了一类基于铜(I)环状三核配合物的闪烁体材料,兼具强放射发光、低成本、合成简便、低毒性和环境友好等优势。实验和计算结果表明,其发光机制主要由分子间Cu(I)...Cu(I)相互作用主导。通过无卤策略,甲基取代铜(I)三核配合物的放射发光显著增强,光产额约为70,475 photons/MeV,并可用于高分辨率动态X射线成像。

稀土长余辉材料因其独特的光存储特性展现出广阔应用前景,但其实际应用受限于溶剂相容性差、发光效率低及单色发光等问题。本研究通过将ZnS与多种稀土荧光粉((Sr₀.₇₅Ca₀.₂₅)S:Eu²⁺、SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺及Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺)复合,调控深陷阱机制,显著提升了材料的余辉性能和光捕获能力。采用静电纺丝技术成功制备出大面积(0.4米×3米)、颜色可调且余辉时间超过30小时的长余辉薄膜。该薄膜具有热释光特性,可集成于消防救援防护服以增强应急可视性;在温室环境中能有效促进叶绿素合成并优化24小时植物生长条件;针对隧道车库场景,可实现70米距离车辆前照灯的光能捕获与存储。这种兼具可扩展性和成本效益的长余辉薄膜,标志着可持续照明技术的重大突破,在多个领域展现出实际应用潜力。

在钙钛矿太阳能电池(PSC)研究中,深入理解光电转换过程对机理探索和性能优化至关重要,而这很大程度上依赖于对实验现象的精准捕捉。光谱技术——特别是光致发光(PL)光谱、时间分辨光致发光(TRPL)光谱、光致发光量子产率(PLQY)测试、光致发光(PL)成像光谱以及瞬态吸收(TA)光谱——因其能够提供材料工作状态的详细信息而备受重视。本文综述了这些光谱技术在PSC研究中的最新进展,重点阐释了它们在监测电子结构重构、载流子动力学、界面态演变以及光生电荷分离等方面的独特优势。同时,我们探讨了如何基于这些光谱表征解析钙钛矿材料中潜在的物理化学过程。最后展望了这些技术如何为PSCs的深入发展及其在可再生能源领域的应用提供更深刻的认知支撑。

钙钛矿材料的优异光电性能主要归因于它们的高光学吸收系数、高载流子迁移率、长载流子寿命和可调带隙。这些材料能够被工程化为大面积薄膜,为实际应用提供了显著优势,尤其是在便携式和可穿戴技术领域。它们的轻质和柔性特性进一步增强了它们在从消费电子产品到先进显示技术等广泛创新用途中的适用性。鉴于大面积钙钛矿发光薄膜(PLF)的巨大潜力,理解其基本特性和驱动其发光的机制至关重要。因此,本文主要总结了大面积PLF的发光机制,包括电致发光、光致发光和机械发光。它还详细探讨了几个关键制备方法。此外,本文突出了这些发光薄膜的潜在应用,特别是在轻质、柔性和可穿戴技术中,并讨论了它们在实际应用中的前景。通过分析当前的研究状况,本文旨在强调大面积PLF在光电子设备未来中将扮演的关键角色。

币金属基环状三核配合物家族展现出丰富的光物理性质,具有广泛的应用潜力。然而,其大粒径和强疏水性限制了在生化领域的应用,且该家族材料的多光子激发发光特性此前尚未见报道,制约了其在生物成像中的应用。本研究首次揭示了基于吡唑配体的金(I)三核团簇通过金(I)···金(I)激基缔合作用展现的多光子激发发光特性,填补了该家族非线性光学现象的认知空白。针对生物相容性问题,我们采用静电纺丝技术耦合羟丙基-β-环糊精基质,制备出柔性、耐用、透明且具有红色发光的光致发光量子产率高达88.3%的薄膜。该策略不仅赋予薄膜良好的亲水性和稳定性,更将金(I)三核团簇从微米级成功缩小至纳米级。薄膜在介质中瞬时溶解后释放的三核金(I)纳米颗粒,通过实时、无毒的多光子生物成像技术成功实现了细胞和细菌的荧光标记,为币金属基环状三核配合物在生化领域的应用开辟了新途径。

有机非线性光学材料在照明与生物成像等领域具有应用潜力,但其通常存在发光量子产率较低且易丧失非线性光学活性的问题。本研究通过4-N,N-二甲基氨基-4'-N'-甲基芪唑鎓对甲苯磺酸盐@环糊精主客体超分子复合物,成功构建了大面积柔性有机非线性光学薄膜。该薄膜展现出73.5%的创纪录高发光量子产率,即使在300℃高温下仍能持续发射橙色荧光,由此实现了耐热发光二极管的制备。其非线性光学特性在极性环境中仍能良好保持。具有多光子吸收特性的超分子组装体可在1000 nm激发波长下实现大肠杆菌的体内实时成像。这些发现为开发具有高发光量子产率、优异热稳定性与极性环境耐受性的有机非线性光学材料提供了可规模化制备方案,有望应用于高性能耐用光电器件及人性化多光子生物探针领域。