基于能量转移与热刺激调控的Cs2NaInCl6双钙钛矿多色发光材料设计及其在光学测温与植物照明中的应用

研究人员针对无铅双钙钛矿材料的多功能应用需求，通过Sb3+/Sm3+共掺杂策略设计出Cs2NaInCl6晶体，实现高效能量转移（ET）和温度响应型多色发光。该材料展现出1.56% K?1的高灵敏度三模式光学测温性能，并成功应用于促进植物光合作用的LED器件及高性能白光LED封装，为多功能发光材料开发提供新思路。

　　

在光电材料领域，铅基钙钛矿虽表现出优异性能但存在环境毒性问题，而无铅双钙钛矿Cs₂M^IM^IIIX₆因其可调发光特性成为研究热点。然而，这类材料面临量子效率低、功能单一等挑战。如何通过离子掺杂实现多色发光并拓展其在光学传感和农业照明的应用，成为亟待解决的科学问题。宁波市相关研究人员在《Materials Today Chemistry》发表的研究，通过精巧设计Sb³⁺/Sm³⁺共掺杂体系，为这一难题提供了创新解决方案。

研究采用水热法合成系列掺杂晶体，通过X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）表征结构，利用荧光光谱和寿命测试分析能量转移机制，并基于温度依赖的荧光强度比（FIR）、寿命和色坐标开发三模式光学温度计。植物生长实验则通过定制LED器件与光合作用效率测试验证应用效果。

【晶体结构与发光特性】
研究发现Sb³⁺掺杂可显著增强Cs₂NaInCl₆的自陷态激子（STE）蓝光发射（447 nm），最佳掺杂浓度为5 mol%。当Sm³⁺共掺杂时，通过[SbCl₆]^3-→[SmCl₆]^3-的能量转移（效率达82.3%），实现从蓝到橙红的可调发光，其偶极-偶极主导的转移机制经Dexter理论验证。

【三模式光学测温】
基于Sm³⁺的⁴G_5/2→⁶H_J（J=5/2,7/2,9/2）热耦合能级，采用FIR技术获得1.56% K^?1的相对灵敏度。而寿命测温模式因Sm³⁺的振动敏特性展现更高灵敏度（3.02% K^?1）。色坐标测温虽灵敏度较低（0.64% K^?1），但提供直观的肉眼可辨变色效果。

【植物照明应用】
设计的蓝-红光双波段LED与叶绿素A/B及光敏色素的吸收谱高度匹配，实验证实其可使植物光合速率提升2.3倍。此外，通过调控掺杂比例获得色温可调（2700-6500 K）的白光LED，显色指数（CRI）达92，优于商业YAG:Ce³⁺产品。

该研究开创性地将双钙钛矿材料应用于光学测温与农业光电子领域，其提出的离子共掺杂策略不仅解决了STE材料发光效率低的问题，更通过多模式响应特性拓展了材料在智能传感和精准农业中的应用前景。Laihui Luo与Jae Su Yu团队的工作为开发环境友好型多功能光电材料提供了重要范式。