一、新型【科學背景】

發(fā)現(xiàn)光學活性材料對于開發(fā)太陽能電池和發(fā)光二極管（LED）等改進型光電設(shè)備至關(guān)重要。鈣鈦由于傳統(tǒng)和新型混合鈣鈦礦材料具有優(yōu)異的礦登性能，如強烈的料牛光致發(fā)光（PL），并且易于加工成薄膜，新型從而實現(xiàn)了具有成本效益的鈣鈦器件集成，因此大量研究都集中在這些材料上。礦登硫鹵化物是料牛一類混合陰離子材料，由于其優(yōu)異的新型光學特性、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，鈣鈦在非線性光學和能源領(lǐng)域備受關(guān)注。礦登

錸-硫鹵化物是料牛基于六核錸（III）團簇的一個分支，在紅光到近紅外區(qū)域表現(xiàn)出較寬的新型PL。早期的鈣鈦Re₆Se₄Cl₁₀和Re₆Q₄Br₁₀(Q?=?Se, Te)研究為可溶相KRe₆Se₅Cl₉和后來的Cs₅Re₆S₈Cl₇鋪平了道路，它們含有孤立的礦登[Re₆S₈X₆]^4?(X?=?Cl, Br, I)團簇，在固相化學和溶相化學之間架起了橋梁。進一步的研究將錸-硫鹵化物融入聚合物和擴展框架材料中，創(chuàng)造出衍生的雜化有機簇合物，并研究了它們在催化、抗腫瘤治療劑和功能性2D半導體中的潛在用途。為開發(fā)更加優(yōu)異的錸-硫鹵化物，美國西北大學Mercouri G. Kanatzidis教授團隊在Nat. Mater.上報道了新材料Rb₆Re₆S₈I₈，它包含孤立的[Re₆S₈I₆]^4?簇。Rb₆Re₆S₈I₈具有2.06（5）?eV的帶隙和5.51（3）eV的電離能，并具有從1.01?eV至2.12 eV?的寬PL范圍，室溫PL的量子產(chǎn)率高達42.7%，并且壽命高達77?μs。Rb₆Re₆S₈I₈可溶于多種極性溶劑，包括DMF，這使其能夠溶液加工成厚度小于150?nm的薄膜，并可制備成LED，展示了這類材料在光電子器件中的潛力。

二、【科學貢獻】

研究人員使用熔融RbI鹽和過量I₂生長出Rb₆Re₆S₈I₈晶體，然后進行機械分離。具體的，在真空條件下將RbI:Re:S:I₂的按一定化學計量比（20:6:8:4）在密封管中加熱至800℃。加熱時，RbI熔化，使一些氣態(tài)碘通過I₂+ I^-→ I₃^-的方式溶解。溶解的碘隨后與Re和S發(fā)生反應(yīng)，形成簇合物，最終在冷卻后結(jié)晶成Rb₆Re₆S₈I₈。

圖1 ?Rb₆Re₆S₈I₈晶體結(jié)構(gòu)? 2024 Springer Nature

利用紫外—可見光漫反射光譜、大氣光電子產(chǎn)量譜儀和PL測量，對生長并機械分離的Rb₆Re₆S₈I₈晶體的光學特性進行了表征。

圖2 ?Rb₆Re₆S₈I₈的光學性能? 2024 Springer Nature

研究人員隨后采用0.2 mg μL^-1Rb₆Re₆S₈I₈溶液在DMF中進行一步旋涂，然后在150 ℃下退火30分鐘，在空氣中和氮氣手套箱中制備了可溶液加工的Rb₆Re₆S₈I₈薄膜。與塊狀Rb₆Re₆S₈I₈發(fā)射相比，薄膜保留了相同的PL發(fā)射范圍，發(fā)射最大值略微偏藍至1.68 eV。

圖3 ?Rb₆Re₆S₈I₈薄膜? 2024 Springer Nature

最后，經(jīng)溶液加工的Rb₆Re₆S₈I₈薄膜被用作LED的有源層，證明了鹵化錸團簇作為一種可溶液加工的薄膜材料在光電設(shè)備中的應(yīng)用潛力。

圖4 ?優(yōu)化的Rb₆Re₆S₈I₈LED性能? 2024 Springer Nature

三、【創(chuàng)新點】

本研究制備了新型的錸-硫鹵化物—Rb₆Re₆S₈I₈，其具有2.06（5）?eV的帶隙和5.51（3）eV的電離能，并具有從1.01?eV至2.12 eV?的寬PL范圍，PL QY高達42.7%，壽命77?μs。此外，由于良好的溶解性，Rb₆Re₆S₈I₈可以被制備成薄膜（厚度小于150 nm），制備的LED表明其在光電子器件中的潛力。

四、【科學啟迪】

綜上，Rb₆Re₆S₈I₈是一種新型可溶液加工的0D錸硫氯材料，它含有孤立的[Re₆S₈I₆]^4-團簇。實驗表明，Rb₆Re₆S₈I₈在紅光到近紅外區(qū)域表現(xiàn)出寬的室溫PL，PL QY為42.7%，PL壽命為77 μs（77 K時為99μs）。這種0D結(jié)構(gòu)可在包括DMF在內(nèi)的極性溶劑中溶解，從而可將這種材料溶解加工成光致發(fā)光薄膜。最后，Rb₆Re₆S₈I₈薄膜作為活性層被集成到了一個正常工作的概念驗證LED中，這證明了錸硫氯材料作為光電設(shè)備中可溶液加工的光學活性薄膜的潛力。

原文詳情：https://www.nature.com/articles/s41563-023-01740-9

本文由賽恩斯供稿。