超快响应与发光可调的水致变色钙钛矿材料

近年来，智能发光材料引起了越来越多的关注。水致变色材料就是一种新型智能发光材料，其特点是在水暴露后会发生明显的颜色变化，因其在传感、化学检测与信息技术中的前沿应用而引起了广泛关注。追求一种绿色环保、无毒无害、高性能的水致变色材料成为一种重要趋势。目前水致变色材料主要为高分子荧光材料、碳点和钙钛矿等材料，它们存在缓慢的水致变色响应以及有限的颜色可调性等局限性。另外，传统的钙钛矿也因固有的材料颜色而大大地限制了其应用。

香港城市大学王锋（点击查看介绍）团队开发的基于镧系元素的水致变色钙钛矿材料很好地弥补了以上缺陷。众所周知，镧系元素由于其丰富的能级结构，具有很高的荧光可调性。该团队设计了一种新型的零维Cs₃TbF₆:Eu³⁺钙钛矿晶体，该晶体在接触水后，发生了向一维CsTb₂F₇:Eu³⁺晶体的相转变。引起两种晶体中宿主离子Tb³⁺与掺杂离子Eu³⁺的发光从相对独立转换到相互关联。 

图1. Eu³⁺掺杂的Cs₃TbF₆在水处理前后的结构与发光特性

由于原始晶体具备零维特性，宿主离子Tb³⁺到掺杂离子Eu³⁺的能量传递效率过低，在紫外灯激发下呈现绿色发光。在遇水之后，由于CsF的超高水溶性，该晶体中的CsF被剥离导致了相变，大大提高了能量传递效率，在紫外灯激发下呈现橙色荧光，并且整个相变过程仅仅需要20 ms左右。

图2. Eu³⁺掺杂的Cs₃TbF₆在水处理前后的光谱特性与机理研究

此外，该材料还具备超高的光热稳定性与良好的可逆性能。通过联合使用具有不同掺杂成份的材料，可实现多维信息加密的应用。

图3. 掺杂的Cs₃TbF₆用于多维信息加密

相关工作发表于J. Am. Chem. Soc.，文章的第一作者是香港城市大学博士研究生陈江坤和郭洋，通讯作者为王锋教授。

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Ultrafast and Multicolor Luminescence Switching in a Lanthanide-Based Hydrochromic Perovskite

Jiangkun Chen, Yang Guo, Bing Chen, Weilin Zheng, Feng Wang*

J. Am. Chem. Soc., 2022, DOI: 10.1021/jacs.2c10809

王锋教授简介

王锋，香港城市大学材料科学与工程学系教授。2006年于浙江大学取得博士学位，2007年至2012年在新加坡国立大学及新加坡科技研究局进行博士后研究，2012年9月起就职于香港城市大学。课题组主要从事镧系和过渡金属离子掺杂的纳米/微结构材料的合成、表征及其应用研究。研究内容包括：湿化学法和固相反应法合成新型纳米晶、微米晶和复合材料，并在纳米尺度上精确控制掺杂离子的浓度和空间分布，用以实现光谱调控；通过显微技术和光谱学技术对材料进行系统表征，促进理解和控制掺杂离子的相互作用；研究材料发光行为，主要涵盖光致发光（photoluminescence），力致发光（mechanoluminescence）和电致发光（electroluminescence）。曾获得Highly Cited Researcher by Clarivate Analytics (2018)，RGC Research Fellowship (2020)，Top 2% researcher in the world (2020, 2021 Report by Stanford University)，Fellowship of the Royal Society of Chemistry (FRSC) (2022) 等荣誉。

课题组目前正在招聘发光材料与器件方向的博士后，欢迎对该方向感兴趣的同学来信（fwang24@cityu.edu.hk）查询。

https://www.x-mol.com/groups/wang_feng