近日，郑州大学物理学院郭海中教授团队在压力诱导掺杂金属卤化物发射研究方面取得重要进展，相关成果以“Pressure-induced emission enhancement with an abnormal blue shift of the Sb³⁺-doped zero-dimensional lead-free halide perovskite Cs₂InBr₅·H₂O”为题发表在国际知名物理类期刊《Physical Review B》上。郑州大学为第一单位，我院2022级凝聚态物理博士研究生王家祥和青年教师袁亦方为共同第一作者，通讯作者为我院王玲瑞副教授、史志锋教授和郭海中教授。

由孤立的卤化物多面体基团阴离子和有机/无机阳离子组成的零维维无铅钙钛矿，近年来受到越来越多的关注。在报道的零维卤化物钙钛矿材料中，铟（In）基钙钛矿因其低毒性、抗氧化能力和优越的发光性能而受到广泛关注。尽管有了这些进展，但由于激发区对应的光吸收系数较小，其光致发光（PL）效率相对较低，限制了它们的进一步应用。在零维卤化物钙钛矿中掺杂Sb³⁺（5s²）、Te⁴⁺（5s²）、Bi³⁺（6s²）、Tl+（6s²）等ns²金属离子是提高发射性能和实现性能的有效策略。Sb³⁺离子由于与In³⁺相似的离子半径，作为掺杂客体可导致蓝、绿、红的全光谱发射。尽管如此，Sb³⁺离子掺杂钙钛矿中发射的起源和机理仍存在争议。因此，研究掺杂Sb³⁺的零维卤化物钙钛矿的结构-光学性质关系，对于提高光发射性能，以及揭示掺杂Sb³⁺离子的激发态动力学过程具有重要意义。

压力是一种绿色、简便和有效的工具，能够在不引入化学杂质的情况下调整材料的结构和性质，且作为独立的热力学参量，可以为环境条件下的科学争论提供新的观察角度。研究发现压力引起Sb³⁺：Cs₂InBr₅·H₂O的STE发射蓝移和增强，并伴随着一个吸收带隙的反常红移。同时，样品在2.7-7.8GPa的压力区域发生了等结构相变，[SbBr₅O]H₂²⁻/[InBr₅O]H₂²⁻八面体发生了相当大的扭曲。通过结合实验结果与第一性原理计算，提出了Sb³⁺掺杂系统能量转移的模型，实验结果揭示了Sb³⁺：Cs₂InBr₅·H₂O的结构-性质关系，并为离子掺杂卤化物钙钛矿的性能和多功能的优化提供了理论指导。

该工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委和中国博士后科学基金的支持。

全文链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.107.214111