表面钝化与稀土掺杂协同增强双钙钛矿Cs2 NaErCl6 上转换发光的机制研究

针对铅基钙钛矿毒性及双钙钛矿(DPs)发光效率低的问题，研究人员通过溶解-干燥法合成Cs2 NaErCl6 ，结合有机溶剂（CYH/EG）表面钝化和Yb3+ /Gd3+ 掺杂技术，实现上转换发光(UCPL)强度最高提升240%和17.1倍，揭示了缺陷修复与能量传递机制，为无铅钙钛矿在传感、防伪等领域的应用提供新策略。

　　

在光电材料领域，铅基钙钛矿虽因低成本和高发光效率长期占据主导地位，但其环境毒性成为难以忽视的桎梏。与此同时，无铅双钙钛矿(Double Perovskites, DPs)虽具备环保优势，却因间接带隙或宇称禁阻跃迁导致发光性能羸弱——例如Cs₂
AgInCl₆
的光致发光量子产率(PLQY)仅为1.6%。如何突破这一“性能-毒性”悖论，成为研究者亟待解决的难题。

针对这一挑战，国内某研究团队选择Er³⁺
基双钙钛矿Cs₂
NaErCl₆
作为研究对象。该材料具有独特的立方相结构和丰富的上转换发光(UCPL)特性，在温度传感、防伪等领域潜力巨大。然而，传统溶解-干燥法合成的Cs₂
NaErCl₆
因快速结晶导致表面缺陷密集，发光强度严重受限。为此，研究人员创新性地引入有机溶剂钝化与稀土离子掺杂的协同策略，相关成果发表于《Journal of Rare Earths》。

关键技术方法
研究采用溶解-干燥法合成Cs₂
NaErCl₆
晶体，通过X射线衍射(XRD)验证其立方相结构。利用环己烷(CYH)和乙二醇(EG)进行表面钝化，并掺杂Yb³⁺
/Gd³⁺
调控发光性能。采用荧光光谱和寿命测试分析UCPL增强机制，结合能级跃迁模型阐明稀土离子的能量传递路径。

研究结果

结构表征与基础发光性能
Cs₂
NaErCl₆
晶体由[NaCl₆
]^5?
和[ErCl₆
]^3?
八面体交替排列构成（空间群Fm-3m）。XRD显示合成样品与标准卡片(PDF#89-0053)高度匹配，但原始样品荧光强度较低，归因于表面缺陷导致的非辐射复合。

有机溶剂钝化效应
添加CYH和EG后，UCPL强度分别提升127%和240%。荧光寿命测试发现短寿命组分减少，证实有机分子中孤对电子（如EG的O原子）有效钝化表面悬空键，抑制缺陷辅助的能量耗散。

稀土掺杂调控机制
Yb³⁺
和Gd³⁺
掺杂使绿光发射强度较纯相提升17.1倍和12.3倍。研究提出：Yb³⁺
通过高效能量传递（²
F_5/2
→⁴
I_11/2
）拓宽Er³⁺
激发通道；Gd³⁺
则可能改变晶体场对称性，促使宇称选择定则松弛，增强4f-4f跃迁概率。

结论与意义
该研究通过“缺陷修复-能级工程”双轨策略，显著提升Cs₂
NaErCl₆
的UCPL性能。其创新性体现在：①首次系统比较CYH/EG对DPs表面缺陷的钝化效率；②揭示Yb³⁺
/Gd³⁺
掺杂对UCPL机制的差异化影响。成果为无铅钙钛矿在多模态发光器件、动态防伪标签等领域的产业化奠定基础，尤其为解决DPs“高稳定性-低效率”矛盾提供普适性思路。