实验室夏志国教授团队：基于电子-声子耦合调制Eu(Ⅱ)基杂化卤化物的窄带发射

高端照明和新型显示器件都对窄带发射发光材料具有重大需求。铅卤钙钛矿虽然发射带宽窄，但存在铅毒性及稳定性差等问题，限制了其实际应用。近年来，稀土Eu(Ⅱ)基类钙钛矿金属卤化物材料被认为是一类新兴的光电材料，兼具稀土离子发光和金属卤化物所具有的局域激发态和低声子频率。然而，由于其微观结构与发射特性的关系尚不清晰，调控稀土Eu(Ⅱ)基类钙钛矿金属卤化物的发射带宽仍存在巨大挑战。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的夏志国教授课题组通过对刚性面共享连接的[EuBr6]4⁻八面体结构进行理论分析与结构设计，制备出一系列新型Eu(II)基无铅类钙钛矿发光材料，其典型代表TEtEuBr3（TEt为四乙基铵）实现了36 nm的超窄带青色发光，并探索了在照明与显示器件领域的应用。

图1 发射带宽调控物理机制示意图

研究团队筛选五种具有不同静电势分布的有机阳离子，调控Eu(II)卤化物的晶体结构，使其分别形成面共享、刚性强的一维八面体链状结构。在这些结构中，Eu–Br键和Eu–Eu距离短，结构对称性高，因而极大减弱了激发态下晶格弛豫程度，降低电子-声子耦合程度，显著减小均匀展宽，从而实现超窄带发射，如图1所示，给出了其发射带宽调控物理机制示意图。在上述理论指导下，所设计合成的TEtEuBr3半高峰宽仅为36 nm。此外，TEtEuBr3在120 °C下仍保持93%的发光强度，并展现出优异的空气与湿度稳定性。进一步通过密度泛函理论计算发现，发射来源于Eu(II)局域的5d-4f跃迁，其激发态与基态间结构变化极小，配体重排幅度低，从而带来更窄的发射带宽，如图2所示，给出了其窄带发射机理研究与理论计算结果。

图2 窄带发射机理研究与理论计算结果

最后，研究团队设计并构建了以TEtEuBr3为光致发光层的白光LED器件，该器件具备极低的蓝光危害（仅为传统LED的六分之一），同时实现了显色指数高达96%的全光谱白光照明以及115% Rec. 2020的超宽色域，展示出在高色彩显示领域的巨大应用潜力。值得一提的是，TEtEuBr3还可用于构建微结构图案和微型LED阵列，能够实现高精度图像显示，为其在三维显示、信息防伪等前沿光电子领域的拓展应用提供了可能。

相关研究成果以“Suppressing Electron–Phonon Coupling forNarrow-Band Emitting Eu(II)-based Perovskitoids”为题发表在Nature Communications上，其中通讯作者为夏志国教授和安徽师范大学宁利新教授，第一作者为韩凯博士。该研究工作得到了国家自然科学基金（No. 5242520，622361132525，12474398）、广东省科学技术项目（No. 2023A0505050084）和中国博士后科学基金（No.2024M760954）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60852-9