Angew. Chem. ：压力调控电子维度实现自由激子发射

杂化金属卤化物由于其优异的光学性质而受到广泛关注。电子维度在决定杂化金属卤化物的激子发射类型方面起到重要作用。然而，在零维杂化金属卤化物中调控电子维度，以实现自由激子发射，仍面临着巨大的挑战。基于金刚石对顶砧的高压光学技术可以精细调控晶体结构，并且能够原位探测杂化金属卤化物的光学性质。

南方科技大学权泽卫教授团队设计了一种具有局域电子结构的、铅基准零维杂化金属卤化物(C₇H₁₅N₂Br)₂PbBr₄，并利用高压技术调控了该材料的电子维度，实现了自由激子发射。此项工作以调控电子维度作为新颖的视角，揭示了低维杂化金属卤化物中不同激子发射的机制。

在常压下，(C₇H₁₅N₂Br)₂PbBr₄由分散的[PbBr₄]²⁻跷跷板单元以层状排列的方式构成。电子局域函数表明(C₇H₁₅N₂Br)₂PbBr₄具有零维的电子维度和分子水平的零维结构特征。在355 nm激光的激发下，(C₇H₁₅N₂Br)₂PbBr₄表现出宽而弱的自陷态激子发射。

图1. 常压下，(C₇H₁₅N₂Br)₂PbBr₄的晶体结构、电子局域函数以及荧光发射光谱。

随着压力增加到3.6 GPa，这种自陷态激子发射显著增强。值得注意的是，在3.6 GPa时新出现了具有窄半峰宽的自由激子发射，这种自由激子发射随压力增加逐渐增强到8.4 GPa。高压结构表征表明，(C₇H₁₅N₂Br)₂PbBr₄的各向异性压缩导致结构刚度增强以及相邻[PbBr₄]²⁻跷跷板单元之间的距离d_Pb-Br的显著减小。理论计算表明，(C₇H₁₅N₂Br)₂PbBr₄的电子维度在3.6 GPa被显著提升。

图2. 高压下，(C₇H₁₅N₂Br)₂PbBr₄的荧光发射光谱、吸收光谱和荧光寿命。

高压结构表征表明，(C₇H₁₅N₂Br)₂PbBr₄的各向异性压缩导致结构刚度增强以及相邻[PbBr₄]²⁻跷跷板单元之间的距离d_Pb-Br的显著减小。理论计算表明，(C₇H₁₅N₂Br)₂PbBr₄的电子维度在3.6 GPa被显著提升。最终，增加的电子维度和增强的结构刚性共同导致了(C₇H₁₅N₂Br)₂PbBr₄在高压下自由激子发射的产生和增强。

图3. 高压下，[PbBr₄]²⁻跷跷板单元之间的波函数。

论文信息

Pressure-Induced Free Exciton Emission in a Quasi-Zero-Dimensional Hybrid Lead Halide

Jiang Han, Dr. Yawen Li, Dr. Pengfei Shen, Prof. Qian Li, Yulian Liu, Dr. Yi Wei, Dr. Peijie Zhang, Prof. Zewei Quan

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202316348