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为解决混合有机 - 无机钙钛矿因含铅有毒和稳定性差限制应用的问题，研究人员对 [(CH3)3NPh]2MnBr4单晶开展研究。发现其新的缺陷介导热激活发射机制，有高稳定性和量子产率，为下一代光电器件提供材料选择。
在光电子领域，混合有机 - 无机钙钛矿曾凭借其出色的光学和电学性能，如可调节的带隙、高光致发光量子产率（PLQY）以及溶液可加工性，掀起了研究热潮。然而，随着研究的深入，它的两大弊端逐渐凸显。一方面，这类材料中使用的铅具有毒性，这在环保意识日益增强的当下，成为其广泛应用的一大阻碍；另一方面，它们的稳定性欠佳，在实际使用场景中面临诸多挑战 。比如传统的无铅钙钛矿，像 Cs2AgBiBr6和 Cs2InAgCl6，不仅通常呈现单一组分发射，光致发光量子产率较低（小于 20%），而且还存在显著的热猝灭现象。因此，寻找性能相当甚至更优的无铅替代材料，成为科研人员亟待攻克的难题。
在这样的背景下，[(CH3)3NPh]2MnBr4单晶进入了研究人员的视野。来自国外的研究团队针对这种材料展开了深入研究，相关成果发表在《Applied Materials Today》上。他们的研究揭示了 [(CH3)3NPh]2MnBr4单晶中一种全新的、由缺陷介导的热激活发射机制。该机制表明，材料中存在由 Br 空位引入的对温度敏感的浅陷阱和与温度无关的深陷阱，二者的共存驱动了这种特殊的发射机制。这一发现意义重大，它为理解缺陷介导的、对温度敏感的延迟发射机制提供了关键线索，同时也确立了 [(CH3)3NPh]2MnBr4作为一种无铅、热稳定且高效材料的地位，使其成为下一代光电子应用（如固态照明和温度敏感设备）的理想候选材料。
研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先，通过单晶 X 射线衍射（XRD）技术，使用石墨单色化的 Mo Kα 辐射源（λ = 0.7107 ?）来确定 [(CH3)3NPh]2MnBr4的晶体结构。其次，进行了全面的温度相关光致发光（PL）和时间分辨光致发光（TRPL）测量，以此来研究材料的发光特性随温度的变化情况。此外，还结合了第一性原理计算，从理论层面深入探究材料的电子结构和发光机制。
结果与讨论
研究人员对 [(CH3)3NPh]2MnBr4单晶在不同温度下的激发功率依赖的 PL 光谱进行了研究。在 5 K 时，PL 光谱在整个激发密度范围内呈现高斯形状，峰值位置稳定在 2.35 eV，且 PL 峰值随激发功率线性增加，同时峰形没有明显展宽或位移，这表明材料在低温下具有高效的辐射复合，非辐射损失极小。而在 300 K 时，光谱特性也呈现出一定规律，进一步验证了材料在室温下的发光性能。
通过对材料发光衰减动力学的研究发现，其具有双组分 PL 衰减动力学。其中，快衰减（约几百皮秒）由浅陷阱主导，长衰减（约 350 微秒）由深陷阱主导。这种双陷阱系统形成了一个能量级联，有效地促进了辐射复合，同时将非辐射损失降至最低。
研究人员还通过实验和理论计算分析了 Br 空位引入的缺陷态。结果表明，存在两种由 Br 空位引入的缺陷态：深陷阱能够实现与温度无关的长寿命发射（约 350 微秒）；浅陷阱则负责与温度相关的快速衰减（约 100 皮秒） 。正是这种双陷阱系统的协同作用，使得材料展现出优异的热稳定性和发光性能。
研究结论与意义
研究人员通过综合的光学测量和第一性原理计算，在 [(CH3)3NPh]2MnBr4单晶中成功揭示了一种新颖的缺陷介导发光机制。该材料表现出卓越的热稳定性，在室温下仍能保持其低温相对 PLQY 的 67%，并在最佳激发条件下实现了约 38.9% 的绝对量子产率（AQY）。这种出色的发光性能得益于其对非辐射路径的有效抑制，即使在室温环境下也能稳定发光。
此次研究成果不仅为深入理解缺陷介导的热敏感延迟发射机制提供了重要依据，而且为 [(CH3)3NPh]2MnBr4作为无铅、热稳定且高效的材料在下一代光电子器件中的应用奠定了坚实基础。这一发现有望推动固态照明、温度敏感设备等领域的技术革新，为光电子行业的发展开辟新的道路，具有极高的理论研究价值和实际应用潜力。
