Angew. Chem. ：5s2 金属中心在手性氯化铟中开启圆偏振发光

圆偏振光源的发展在现代显示器产业，以及未来技术包括3D显示、量子计算和传感以及加密通信等技术中起着至关重要的作用。这些新兴光子器件的前景依赖于高效的圆偏振光，即大的不对称因子（glum=2×（I_L–I_R）/（I_L+I_R），其中IL和IR分别是左手和右手圆偏振光的光致发光（PL）强度）。然而，由于电偶极矩和磁偶极矩的不同宇称选择规则，在不牺牲光致发光量子产率（PLQY）的情况下实现高不对称因子仍然是一个基本挑战。

最近，将手性配体引入有机无机混合金属卤化物从而得到具有手性光学性质的材料的方法引起了科研工作者的兴趣。然而这类材料通常有着较低PLQY，这归因于不对称氢键导致晶格畸变增强，使得激发态中产生更大的结构变形。变形激发态可以更容易地与软晶格声子耦合，导致非辐射复合增强，激子发光减少。然而，在低维金属卤化物中，大的晶格畸变也会促进小极化子的形成，也称为自陷域激子（STE），从而导致宽带发射。

图1：手性铟基和铟锑合金氯化物单晶结构以及紫外光激发下的光致发光晶体显微镜照片。

基于此，香港科技大学的吕海鹏教授团队利用手性配体产生的结构畸变和软晶格扭转STE态，从手性金属卤化物中获得了高效的圆偏振光CPL。他们首先引入手性有机阳离子，包括（R）-（+）-β-甲基苯乙基铵（R-MPA⁺）和（R）（-）-1-环己基乙胺（R-CHEA⁺），合成了手性铟基氯化物（R-MPA）₂InCl₅和（R-CHEA）₄InCl₁₀。

图2：手性铟基和铟锑合金氯化物的STE构型坐标图

这两种化合物在室温下基本观察不到光致发光信号，第一原理密度泛函理论（DFT）表明，这是源于构型坐标图中激发态和基态曲线的交叉。有趣的是，他们发现在上述手性铟基氯化物中引入Sb³⁺可以获得PLQY高达21.4%的强CPL信号。光谱测量表明，强激子发光源于明亮的Sb³⁺5s²中心的STE态。

图3：手性铟锑合金氯化物的圆二色谱和CPL圆偏振光致发光光谱

此外，通过将手性氯化铟锑合金覆盖在近紫外（NUV）LED芯片上，产生了圆偏振白光，其在室温下的偏振率（P）达到了6.0%。我们的工作为设计具有强PLQY和大不对称因子的固态手性金属卤化物半导体提供了新的策略。

图4：基于嵌入NUV-LED芯片上的左旋和右旋圆偏振发光光谱。

论文信息

Turn-on Circularly Polarized Luminescence in Chiral Indium Chlorides by 5s² Metal Centers

Zhiyu Wang, Dr. Xiaoming Wang, Zhongwei Chen, Dr. Yang Liu, Huilin Xie, Jie Xue, Prof. Lingling Mao, Prof. Yanfa Yan, Prof. Haipeng Lu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202215206