室温下具有高性能磁场可调红色圆偏振发光的手性铕卤化物：高效红色 CPL 发射体的新突破

为解决构建高效纯红色圆偏振发光（CPL）发射体的难题，研究人员开展了手性铕基卤化物的研究。通过耦合 Eu3+的 f-f 跃迁特性与手性，构建了 (R/S-3BrMBA)3EuCl6，其展现出优异性能，为 CPL 发射体研究提供了新策略。

　　在科技飞速发展的当下，圆偏振发光（CPL）材料在众多前沿领域如三维（3D）显示、光学防伪、信息加密、生物探测以及圆偏振发光二极管（CP-LEDs）等，都有着极为广阔的应用前景，备受科研人员关注。其中，手性有机 - 无机杂化金属卤化物凭借出色的手性光学效应、高的光致发光量子产率（PLQY）和灵活多样的溶液处理策略，成为极具潜力的 CPL 发射体。

然而，发展高性能的红色 CPL 发射体却困难重重。红色作为光的三原色之一，对高清 3D 显示至关重要。现有的红色 CPL 发射体研究大多聚焦于手性锰基杂化金属卤化物，但这些材料存在发射峰宽、颜色纯度不足的问题，而且传统手性杂化金属卤化物的发射带难以准确预测，这严重制约了红色 CPL 发射体的发展。因此，开发新型策略构建高色纯度且发射可预测的红色手性杂化金属卤化物迫在眉睫。

南开大学、北京交通大学等机构的研究人员针对上述问题，展开了深入研究。他们通过反溶剂辅助结晶法，成功设计并构建了手性铕基杂化金属卤化物 (R/S - 3BrMBA)₃EuCl₆（3BrMBA = 1 (3 - 溴苯基) 乙铵）。研究发现，该化合物耦合了 Eu³⁺离子的 4f - 4f 跃迁特性与手性，展现出高效窄带红色光致发光（≈2nm）、高色纯度、高 PLQY（59.8%），以及大的不对称因子 | g_lumi|（1.84×10^-2）。与之前报道的红色 CPL 发射的手性金属卤化物相比，(R/S - 3BrMBA)₃EuCl₆具有最高的 CPL 亮度。此外，其光致发光偏振度（DP）可通过外部磁场有效调控和增强，还观测到了室温下异常的正磁光致发光（MPL）效应。这一研究成果发表在《Nature Communications》上，为开发高效纯红色 CPL 发射体提供了可行策略，也为手性稀土卤化物在自旋光电子学领域的应用奠定了基础。

研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。利用单晶 X 射线衍射（SCXRD）确定晶体结构，粉末 X 射线衍射（PXRD）表征相纯度，扫描电子显微镜（SEM）和能量色散光谱（EDS）观察元素分布，X 射线光电子能谱（XPS）分析元素价态，热重分析（TGA）测试热稳定性，紫外 - 可见（UV - Vis）吸收光谱和密度泛函理论（DFT）计算研究光学性质，振动圆二色光谱（VCD）、圆二色光谱（CD）和 CPL 光谱研究手性光学性质，以及通过变温及变磁场下的 DP 和 MPL 测试研究磁光性质。

材料性质：通过 SCXRD 分析，(R - 3BrMBA)₃EuCl₆和 (S - 3BrMBA)₃EuCl₆均结晶于正交 Sohncke 空间群 P2₁2₁2₁，属于典型的零维（0D）结构，每个 [EuCl₆]^3-八面体被三个手性 R/S - 3BrMBA 阳离子包围。PXRD 图谱与模拟结果一致，证明产物粉末相纯度高。SEM 和 EDS 图谱显示构成元素分布均匀。XPS 确定了各元素的价态，该化合物热稳定性良好（≈520K）。根据 Tauc 图，其光学带隙约为 3.37eV，DFT 计算表明 f - f 跃迁主导了带边附近的光学性质。
手性光学性质：在 365nm 紫外光激发下，(R/S - 3BrMBA)₃EuCl₆晶体发出明亮的红色光。其光致发光激发（PLE）光谱在 395nm 和 465nm 处有较强且尖锐的峰，与 UV - Vis 吸收光谱相符。稳态光致发光（PL）光谱显示，在 465nm 激发下，发射峰位于 594nm、614nm、654nm 和 704nm，分别对应 Eu³⁺离子的⁵D₀→⁷F₁、⁵D₀→⁷F₂、⁵D₀→⁷F₃和⁵D₀→⁷F₄跃迁，594nm 处半高宽约 2nm，色纯度高，CIE 坐标接近标准红色发射区域。时间分辨光致发光（TRPL）光谱表明，发射峰寿命大多在 2ms 左右。(R - 3BrMBA)₃EuCl₆和 (S - 3BrMBA)₃EuCl₆的 PLQY 分别为 56.5% 和 59.8%。VCD 和 CD 光谱证实了其对映体结构，CPL 光谱显示出清晰的镜面对称性，计算得到的不对称因子 | g_lumi| 较大，且 (R - 3BrMBA)₃EuCl₆的品质因数（FOM）最大，表明其是高性能红色 CPL 发射体的有力候选材料。
磁光性质：研究人员通过测量温度和磁场依赖的 DP 研究磁光性质。随着温度降低，DP 增大，且 (R - 3BrMBA)₃EuCl₆和 (S - 3BrMBA)₃EuCl₆的 DP 变化方向相反，通过拟合得到手性诱导自旋 - 轨道耦合（CISOC）强度 α 约为 0.152eV??。此外，外部磁场可有效调节 DP。MPL 测量发现，(R - 3BrMBA)₃EuCl₆和 (S - 3BrMBA)₃EuCl₆在 591nm 和 612nm 处表现出异常的正 MPL 效应，室温下在 ±900mT 磁场强度下，MPL 效应可达≈3%，通过拟合得到亮态和暗态的能量分裂 Δ_{B - D}约为 11.7meV，小于其他杂化金属卤化物，表明 (R/S - 3BrMBA)₃EuCl₆的交换效应较小，磁场能提高其光致发光强度。

综上所述，研究人员成功构建了手性铕基卤化物 (R/S - 3BrMBA)₃EuCl₆，系统研究了其手性光学和磁光性质。该化合物具有高效窄带红色发射、高色纯度、长寿命和大 | g_lumi| 等优点，且光致发光偏振度可由磁场调控，室温下呈现异常正磁光致发光效应。这项研究为开发高效纯红色 CPL 发射体提供了新策略，推动了手性稀土卤化物在自旋光电子学领域的研究与应用，具有重要的科学意义和潜在的应用价值。