锰掺杂(Mn2+)对吗啉溴化铅钙钛矿结构及光物理特性的调控机制与性能增强研究

为解决铅基钙钛矿的毒性(Pb2+)和发光稳定性问题，研究人员通过Mn2+掺杂技术开发新型吗啉溴化铅(C4H10NO)PbBr3发光材料。采用ICP-OES、XRD、EPR等多维表征手段证实掺杂有效性，实现发光峰蓝移且光致发光量子产率(PLQY)提升40%，并创新性通过PMMA聚合物封装提升材料耐水性，为低毒高效光电器件开发提供新思路。

　　

这项突破性研究聚焦于解决有机-无机杂化铅卤钙钛矿(organic–inorganic lead halide perovskite)在实际应用中的两大瓶颈：铅离子(Pb²⁺)的生物毒性问题，以及材料本征发光稳定性不足的缺陷。科研团队创新性地采用锰离子(Mn²⁺)作为掺杂剂，对发光型吗啉溴化铅钙钛矿(C₄H₁₀NO)PbBr₃进行精准调控，成功制备出具有梯度掺杂浓度的新型半导体材料。

通过电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)定量分析证实了锰离子的有效掺入，单晶X射线衍射(SC-XRD)与粉末衍射(PXRD)技术揭示了掺杂引起的晶格畸变现象。红外光谱(IR)和电子顺磁共振谱(EPR)进一步从分子层面解析了锰离子的配位环境。有趣的是，随着Mn²⁺掺杂浓度的增加，材料发射光谱出现显著蓝移现象，同时光致发光量子产率(photoluminescence quantum yield)实现近40%的飞跃式提升，展现出迷人的橙红色发光特性。

为验证实际应用潜力，研究团队巧妙地将该材料嵌入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)透明聚合物基质中。这种"钙钛矿-聚合物"复合体系不仅完整保留了发光性能，更展现出优异的水氧阻隔能力，为开发环境稳定型光电器件开辟了新路径。该成果通过多尺度结构调控与跨学科技术融合，为设计低毒性、高性能发光材料提供了范式转移级的研究思路。