摘要：近日，南开大学、北京交通大学等机构的科研人员在圆偏振发光材料领域取得重要突破。相关研究成果以“Chiral europium halides with high - performance magnetic field tunable red circular

近日，南开大学、北京交通大学等机构的科研人员在圆偏振发光材料领域取得重要突破。相关研究成果以 “Chiral europium halides with high - performance magnetic field tunable red circularly polarized luminescence at room temperature” 为题，发表于国际知名期刊《Nature Communications》。在本次研究中，南开大学的Guankui Long教授、Kai Wang教授以及南开大学的Yaping Du教授为共同通讯作者。研究团队利用反溶剂辅助结晶法，成功设计并构建了新型手性铕卤化物，实现室温下高性能、磁场可调的红色圆偏振发光，为相关领域发展提供了新方向。

1. 研究背景：

圆偏振发光（CPL）发射器在3D显示、光学防伪、信息加密、生物探针及圆偏振发光二极管（CP - LEDs）等领域应用前景广阔。手性有机 - 无机杂化金属卤化物因具有出色的手性光学效应、高光致发光量子产率（PLQY）和多样的溶液加工策略，成为颇具潜力的CPL发射器材料。然而，当前开发高性能红色CPL发射器面临诸多难题。红色光作为光的三原色之一，在高清3D显示中，需与绿色、蓝色光协同调节可见光谱，对CPL发射器至关重要。但现有构建手性杂化金属卤化物以获得高效纯红色CPL的研究进展缓慢，目前对红色CPL发射器的研究多集中于手性锰基杂化金属卤化物。这些材料虽有一定性能优势，但发射峰宽，导致颜色纯度不足；而且传统手性杂化金属卤化物的配位环境复杂，精确预测其发射带极具挑战性。稀土离子的4f - 4f跃迁具备高色纯度、大斯托克斯位移和毫秒级长激发态寿命等优点，其4f轨道受外部5s²和5p⁶电子屏蔽，受周围环境影响小，能产生尖锐窄线发射，发光波长可预测。三价铕离子（Eu³⁺）在红色发射区域PLQY高、色纯度高，在彩色电视屏幕、防伪油墨、生化发光探针等领域应用广泛。因此，构建基于Eu的手性杂化金属卤化物，有望实现高效纯红色CPL。

2.实验方法

材料制备：采用反溶剂辅助结晶法，以EuCl₃·6H₂O、(R/S)-1-(3 - 溴苯基)乙胺（R/S - 3BrMBA）、盐酸、乙醚和甲醇为原料合成(R/S - 3BrMBA)₃EuCl₆晶体。

材料表征：运用多种表征技术，如用单晶X射线衍射（SCXRD）确定晶体结构，粉末X射线衍射（PXRD）分析相纯度，扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）观察元素分布，X射线光电子能谱（XPS）确定元素价态，热重分析（TGA）测试热稳定性，紫外 - 可见光谱（UV - Vis）研究吸收特性，通过Tauc图计算光学带隙，利用密度泛函理论（DFT）计算深入了解光学性质。

光学性质研究：借助振动圆二色光谱（VCD）、圆二色光谱（CD）和圆偏振发光光谱（CPL）研究手性光学性质；通过测量不同温度和磁场下的光致发光极化度（DP）以及磁光致发光（MPL），探究磁手性光学性质。

3.实验结果

材料性质：(R - 3BrMBA)₃EuCl₆和(S - 3BrMBA)₃EuCl₆均属正交晶系Sohncke空间群P2₁2₁2₁的零维结构，手性阳离子成功将手性转移至无机框架，所得粉末相纯度高，元素分布均匀。材料热稳定性良好，分解温度约520K，光学带隙约3.37eV，f - f跃迁主导带边光学性质。

手性光学性质：在365nm紫外光激发下，晶体发出亮红色光。光致发光激发（PLE）光谱与UV - Vis吸收光谱相符，稳态光致发光（PL）光谱发射峰窄（FWHM≈2nm），对应Eu³⁺离子的不同跃迁。CIE坐标接近标准红色发射区域，色纯度高；时间分辨光致发光（TRPL）光谱显示寿命长（≈2ms）；PLQY高达59.8%，表明辐射复合占主导。VCD和CD光谱证实材料的对映体结构，CPL光谱呈镜面对称，不对称因子|glumi|达1.84×10⁻² ，品质因数（FOM）大，性能优于此前报道的红色CPL发射手性金属卤化物。

磁手性光学性质：DP随温度降低而增大，且因材料手性不同变化方向相反，通过拟合得到CISOC强度α≈0.152eV·Å，与典型二维手性铅卤化物相当。外加磁场可有效调节DP，不同手性材料在不同磁场下DP变化趋势相反。(R/S - 3BrMBA)₃EuCl₆在室温下展现出异常的正MPL效应，场强±900mT时MPL效应≈3% ，与传统混合金属卤化物在15K下相当，且低温对其影响不明显。经拟合得出，其亮态和暗态的能量分裂ΔB - D约为11.7meV，小于其他混合金属卤化物，表明其交换效应较小，磁场可增强光致发光强度。

4. 研究结论：

设计合成手性Eu基卤化物(R/S - 3BrMBA)₃EuCl₆，结合Eu³⁺离子4f - 4f跃迁特性与手性，实现高效窄带红色发射、高色纯度、长寿命及大|glumi|。材料光致发光极化度可由外磁场调控，室温下正MPL效应显著。该研究为开发高效纯红色CPL发射器提供有效策略，为手性稀土卤化物在自旋光电子学领域的应用奠定基础。

南开大学的天津稀土材料与应用重点实验室、北京交通大学的发光与光信息技术教育部重点实验室等多个机构参与了此项研究。本研究成果为构建高性能、纯红色的 CPL 发射器提供了一种高效策略，同时也为手性稀土卤化物在自旋光电子学领域的应用开辟了新方向，有望推动相关领域的技术发展和创新。

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来源：凯视迈精密测量