实验室夏志国教授团队：基于烷基热裂解创制窄带发射Eu(II)基杂化卤化物

 有机-无机杂化金属卤化物已成为多功能光子应用领域的新一代发光材料。近年来，一类新型的基于5d-4f跃迁的稀土Eu(II)基杂化卤化物发光材料获得研究者的关注，特别是其具有光谱可调、高发光效率和窄发射半峰宽等优点，在新型显示、闪烁体等领域具有应用潜力。然而，杂化发光卤化物的结构设计和合成策略仍受限于有限的组分工程和欠佳的相结晶质量，进而不能满足相应的光子学应用。

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提出了一种适用于杂化金属卤化物的烷基热裂解合成策略，通过25种不同烷基链长度的有机化合物，制备出一系列高效窄带发射（半峰宽34-52 nm）的Eu(II)基杂化卤化物晶体。基于铕-卤多面体的构型、配位半径和畸变程度共同调控，本研究中设计合成的晶体实现了蓝-青-绿光范围内的可调发射。因此，该研究为杂化发光卤化物的组分设计与高质量晶体生长提供了新的思路。

有机-无机杂化发光卤化物在照明、显示、传感和闪烁体等领域已展现出重要的应用前景。固相烧结是杂化卤化物单晶生长的传统方法之一，该方法无需有机溶剂，易于大规模制备。然而，短烷基链有机阳离子自身较高的熔点，导致固相烧结过程需要较高的反应温度与较长的反应时间，且易生成质量差的粉末状晶体。为克服上述技术瓶颈，该研究另辟蹊径，选用低熔点的长链有机阳离子替代短链阳离子，从而实现高质量单晶的生长。

图1. 烷基热裂解合成策略的设计机制与优势

图2.Eu(II)基杂化卤化物单晶合成路线与典型发光材料

随着烷基链长度的增加，有机阳离子中邻近五元环的碳-碳键键解离能显著降低。因此，在较低的反应温度下，该碳-碳键即可发生断裂，实现烷基热裂解。裂解后，生成了具有高反应活性的短链有机阳离子自由基中间体。随后，该中间体与金属卤化物原料结合，快速结晶出高质量单晶。这一过程通过理论计算和单晶X射线衍射数据在25种有机化合物上得到了验证。该烷基热裂解合成策略不仅延续了固相反应无需有机溶剂的特点，还具有反应温度低、生长时间短和晶体质量高等优势。

图3 .Eu(II)基杂化卤化物单晶的光致发光特性

所合成的晶体具有窄带发射与高发光效率等优点，其外量子效率最高达62.6%。此外，该研究阐明了其可调发射特性源于卤化物中八面体的构型、配位半径和畸变程度的协同效应。

图4.Eu(II)基杂化卤化物可调发射的机理

相关研究成果以“Rationaldesign and synthesis of narrow-band emitting Eu(II)-based hybrid halides viaalkyl thermal cleavage”为题发表在Nature Communications上，其中通讯作者为夏志国教授，第一作者为李亮博士生。该研究工作得到了国家自然科学基金(52425206和22361132525)和中国博士后科学基金 (2024M760954)的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-62748-0。