零维金属卤化物中能量转移过程检测方案(分子荧光光谱)

利用时间分辨光谱 (TRES) 解析零维金属卤化物能量转移过程 简介 零维(0D)金属卤化物是一类新兴的半导体材料，广泛应用于光电材料，包括发光二极管、激光器和光伏发电。特别是异金属(由一种以上的金属中心组成)的金属卤化物，由于其潜在的协同光物理特性取决于对组成金属中心的选择，因此具有巨大的前景1。在本文中，使用 FLS1000 光致发光光谱仪的时间分辨发射光谱 (TRES) 确认零维 (0D)金属卤化物Tris SbMnCI 的发射路径。 图1： FLS1000 光致发光光谱仪 研究方法与材料 Tris SbMnCI 是由印度科学教育研究所(IISER) 蒂鲁帕蒂分校的研究人员制备。使用配备有VPLED310 可变脉宽发光二极管和多通道缩放(MCS) 寿命电子装置的爱丁堡仪器公司 FLS1000 光致发光光谱仪来表征光致发光特性。 Tris SbMnCI 的稳态发射光谱 Tris SbMnCI 是用 VPLED310 CW 模式激发。VPL/VPLED 系列是脉冲二极管激光器和 LED， 具有可调的脉冲宽度(50 ns至1ms)， 此外拥有 CW模式，可进行稳态光谱测试。图2显示了在 310 nm 激发的 Tris SbMnCI 的发射光谱，显示了635 nm 发射中心。为了确定哪些金属中心对该发射有贡献，可以利用时间分辨发射光谱法 (TRES)。 图2：Tris SbMnCl稳态光谱 Tris SbMnCI 的时间分辨发射光谱 (TRES) 在 TRES 中，脉冲光源激发样品，由此产生的光致发光衰减作为发射波长的函数被连续记录，以创建一个包含光致发光的光谱和时间相关的三维数据。FLS1000 的 Fluoracle⑧软件能够使用 TCSPC 或 MCS模式自动获取 TRES光谱，以分别测量短寿命和长寿命。 为了获得 Tris SbMnCI的 TRES， VPLED310 设置为100ns 的脉冲宽度和 10Hz 重频。使用 MCS 模式在400-900 nm 的波长范围内以4 nm 为步长获取光致发光衰减。测量了 Tris SbMnCI 的两个 TRES 曲线。 首先图 3a口3b中的短的时间尺度下，在激发后有一个在最初 20ns 内衰减的快速发射衰减，然后是在接下来的至 7us内中间衰减的过程(T=904 ns)。这两个过程都在测量的波长范围内广泛存在。随后是一个较慢的发射过程，在图3a和3b的20 us时间范围内不明显，但在图 3c和 3d 的50 ms 时间尺度内可以清楚地看也持续至40 ms 的衰减(T=6.01 ms)。 ms 检测通道在550nm-800nm 的波长范围内发射明显比 ns 和 us 通道窄。 图3：在(a)20微秒和(b)50毫秒的时间尺度获得的 Tris SbMnCI TRES 光谱。在入em = 650 nm 处提取的衰减曲线在图(b)和(d)中。 时间相关的发射光谱可以通过 Fluoracle 中 TRES切谱获得，三个时间尺度的光谱在图4a 中。ns 和us 时间尺度的的光谱很宽，横跨400nm-900nm， ns 相对于 u.s 有蓝移。这种在 ns 和 us 时间尺度上的宽发射是 Tris SbMnCI 中 Sb 发射的特征2。当用高能量的光子(约300nm)激发时， 0D Sb离子中的单重和三重自捕激子(STE)被填充。STE 的辐射转变分别导致高能级荧光发射(ns)和低能级磷光发射(us)， 这与图4a结果一致，因此 ns 和 us 的发射归于 Tris SbMnCl 中的 Sb。在母体化合物 Tris MnCI(无Sb掺杂)中也观察到了以635 nm 为中心的 ms 级发射，这是Mn2+中心发射的特征，由于自旋禁阻的辐射转变而具有较长的寿命。 图4b中比较了三个时间分辨光谱的相对强度。Mn 中心的发射明显强于 Sb 中心的 ns 和 us的时间分辨光谱， Mn 中心的发射占总光致发光的95%以上。吸收和光致发光激发研究表明，在这里使用的310nm 的激发波长下， Sb中心是主要的吸收物质，而且在这个波长下激发时， Tris MnCI 的发射强度要比 TrisSbMnCl 低得多1。这一信息与从 TRES 获得的 Mn 中心>95%的光致发光强度的计算相结合，揭示了 Sb中心作为“天线””，收集激发能量，然后将这种能量转移到作为受体的 Mn 中心上。 图4： Tris SbMnCI 的 ns、 us 和 ms 尺度的发射光谱，(.(a)归一化和(b)相对光谱。 结论 时间分辨发射光谱 (TRES) 是一种强大的技术，用于描述具有多个发射过程的材料的发射特征。FLS1000 可以在 TCSPC 和 MCS 模式下进行自动 TRES 测量，涵盖从皮秒到秒的全部寿命范围。有多种激发源可供选择，以满足样品要求，包括闪光灯、脉冲二极管激光器、脉冲发光二极管、超连续激光器，所有这些都可用于 TRES 测试。 参考文献 1. Biswas et al.J.Mater. Chem. C， 2022，10， 360-370 2. Li et al. Chem. Mater.， 2019， 31， 22， 9363-9371 零维（0D）金属卤化物是一类新兴的半导体材料，广泛应用于光电材料，包括发光二极管、激光器和光伏发电。特别是异金属（由一种以上的金属中心组成）的金属卤化物，由于其潜在的协同光物理特性取决于对组成金属中心的选择，因此具有巨大的前景1。在本文中，使用FLS1000光致发光光谱仪的时间分辨发射光谱（TRES）确认零维（0D）金属卤化物Tris SbMnCl的发射路径。