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最新刊期

2022 年第 6 期

封面文章

钙钛矿量子点复合光子晶体薄膜的快速制备及结构显色、荧光性能增强出版
李金铎,刘志福,任瑛琪,侯京山,刘玉峰,房永征
2022, 43(6): 807-816. DOI: 10.37188/CJL.20220079

摘要：光子晶体（PC）是一种在介观尺度下具有周期性自组装结构的材料，其最显著的特征是具有光子禁带（PBG）。波长位于光子禁带内的光不能透过光子晶体而被反射回来，因而光子晶体具有优异的光调控能力。对量子点材料发光强度和寿命的调控是该领域的研究热点之一。本文以二氧化硅（SiO₂）胶体球作为光子晶体组装单元，通过电泳沉积的方式制备了厚度可控的光子晶体薄膜。采用热注入方法制备了钙钛矿量子点（CsPbX₃，X=Cl，Br，I）。光子晶体薄膜经表面疏水改性后，将钙钛矿量子点嵌入在光子晶体周期性结构中，该结构具有结构显色和荧光的双重性能。本工作发现光子晶体结构对蓝、红、绿三色钙钛矿量子点可获得4.5倍、19倍、11倍的荧光增强，在显示、防伪、光电探测器、发光二极管等领域具有潜在的应用价值。
关键词：光子晶体;钙钛矿量子点;荧光增强;电泳沉积

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发布时间：2022-10-19

特邀综述

非铅钙钛矿光伏材料与器件研究进展增强出版
赵雪帆,朱云飞,孟凡斌,马晓辉,宋宏伟,陈聪
2022, 43(6): 817-832. DOI: 10.37188/CJL.20220050

摘要：基于卤化铅的钙钛矿材料因其优良的光电性能和可溶液加工特性，近年来受到光伏及光电领域研究人员的广泛关注。然而，铅（Pb）基钙钛矿材料因其毒性和不稳定性使其无法在商业领域大规模普及应用。开发非铅钙钛矿光吸收材料能够有效降低其环境毒性，是未来新一代光伏技术发展的主要趋势。本文综述了非铅钙钛矿光电材料目前的最新研究进展，系统讨论了其晶体结构、理化性质、光伏特性及其场景应用。我们重点综述了结构相似于卤化铅钙钛矿的三维非铅钙钛矿化合物的研究进展，同时还探讨了二维Ruddlesden⁃Popper相、低维缺陷相非铅钙钛矿化合物和非钙钛矿类化合物的研究进展。本文能够为获得安全、稳定、环境友好的新一代光电材料提供重要借鉴。
关键词：无铅;钙钛矿;太阳能电池

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发布时间：2022-10-19

材料合成及性能

生物质基碳点制备及应用研究进展增强出版
王士鹏,董娅慧,赵浩然,李玉,程倩
2022, 43(6): 833-850. DOI: 10.37188/CJL.20220063

摘要：碳点（CDs）作为一种新型的碳纳米荧光材料，因具有易制备、光学性能稳定、低毒和良好的生物相容性等优点而备受关注。然而，其荧光性能调控、荧光量子产率（QY）改善、寻求绿色环保和可持续发展的碳源仍是实现其多方面应用的关键。生物质材料在自然界中广泛存在、种类丰富且能够重复再生，在CDs制备过程中可同时控制碳核和表面态的形成，进而实现荧光性能调控和QY改善，作为来源广、廉价易得的碳源引起了科学家的广泛关注。本文从CDs的发光颜色调控出发对近年来生物质基CDs的绿色制备进行综述，分析归纳了不同生物质材料作为碳源及制备方法对生物质基CDs的发光颜色和QY的影响，梳理并总结了生物质基CDs在生物成像、药物递送、传感、防伪、光催化及LED等方面的应用研究进展，同时对生物质基CDs的性能优化、绿色制备方法面临的挑战及未来的发展方向进行了展望。
关键词：生物质基碳点;绿色合成;光致发光;量子效率;生物应用

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发布时间：2022-10-19
用于中红外光纤激光器的高Pr³⁺掺杂硒化物硫系玻璃和光纤制备及其光谱特性增强出版
许晨煜,崔健,许彦涛,肖旭升,崔晓霞,郭海涛
2022, 43(6): 851-861. DOI: 10.37188/CJL.20220088

摘要：为了研发用于3~5 μm波段光纤激光器的增益介质，制备了重量百分比为0～0.4%不同浓度Pr³⁺离子掺杂的Ge₁₂As_20.8Ga₄Se_63.2硒化物硫系玻璃。通过多级棒管法，重量百分比为0.2%的Pr³⁺离子掺杂玻璃被成功拉制成阶跃型双包层光纤，损耗最低为2.95 dB/m（位于6.58 μm处）。采用电子探针显微分析（EPMA）、X射线衍射（XRD）、差示扫描量热（DSC）、场发射透射电子显微镜（FE⁃TEM）、透射光谱和中红外荧光光谱分析了玻璃中Pr³⁺离子的分散性、杂质含量以及Pr³⁺离子引入引起的热、光学性质变化。通过玻璃的吸收和发射光谱并结合Judd-Ofelt理论，计算了Judd-Ofelt强度参数、辐射跃迁几率、荧光寿命、荧光分支比和受激发射截面。这种硒化硫系玻璃具有较高的Pr³⁺离子溶解度和中红外发光特性、良好的热稳定性和成纤性能，表明其具有作为中红外激光工作介质的潜力。
关键词：硫系玻璃;稀土离子;光谱学;中红外荧光;红外光纤

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发布时间：2022-10-19
In_0.49Ga_0.51P材料有序度对发光特性的影响增强出版
刘伟超,王海珠,王嘉宾,王曲惠,范杰,邹永刚,马晓辉
2022, 43(6): 862-868. DOI: 10.37188/CJL.20220059

摘要：In_0.49Ga_0.51P材料因与GaAs晶格匹配且具有较宽的能量带隙，在GaAs基短波长激光器和无铝激光器等研究方向上受到了广泛关注。不同领域的应用对In_0.49Ga_0.51P材料的性能提出了不同的需求，导致In_0.49Ga_0.51P材料的有序度发生变化，进而导致其发光特性发生改变。本文利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术，在半绝缘的GaAs衬底上开展In_0.49Ga_0.51P材料有序度对其发光特性影响的研究。通过改变硅烷（SiH₄）和二乙基锌（DEZn）掺杂剂的掺杂流量和Ⅴ/Ⅲ比的方法来改变In_0.49Ga_0.51P材料的有序度。室温光致发光测试（PL）和低温PL测试结果表明，两种掺杂剂掺杂流量增加都会导致In_0.49Ga_0.51P有序度降低，从而使InGaP的发光波长蓝移。此外，Ⅴ/Ⅲ比增加会导致In_0.49Ga_0.51P有序度增加，使样品的发光波长红移。
关键词：金属有机化学气相沉积;铟镓磷/镓砷;光致发光;故意掺杂

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发布时间：2022-10-19
一种三态发光的液晶基元合成、自组装及光物理性质增强出版
郑军峰,宫佳鑫,程晓帆,葛云翀,徐鹏
2022, 43(6): 869-878. DOI: 10.37188/CJL.20220047

摘要：聚集导致猝灭（ACQ）分子在单分子态（如稀溶液）高效发光，而聚集诱导发光（AIE）分子在聚集态（如固态）高效发光。这一单态发光的特性严重制约着发光材料的应用。本工作中，我们合成了一种三态（溶液、凝胶、液晶）发光的phasmid液晶基元（PHAgen-12），并考察了其自组装性质与光物理性质。PHAgen-12的两端为一代树枝单元，中间为“二苯基氰基乙烯（AIE）+二苯基丁二炔（ACQ）+二苯基氰基乙烯（AIE）”的刚性核，具有D-A-π-A-D的特征。该分子在普通溶剂（如THF、DCM）中可以溶解；在选择性溶剂烷烃中形成柱状胶束，并可凝胶化；在固态形成六方柱状液晶相，单分子层厚度（～0.44 nm）的单胞内含有～4个分子。PHAgen-12在单分子态表现出ACQ分子的性质，在氯仿中荧光量子产率（QY）为～90.3%；在聚集态表现出AIE性质，PHAgen-12/十二烷凝胶体系（质量百分比为30%）的QY为58.5%，本体液晶态的QY为85.5%。
关键词：多态发光;液晶;凝胶;聚集诱导发光（AIE）;聚集导致荧光猝灭（ACQ）

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发布时间：2022-10-19
低热猝灭新型Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄∶Sm³⁺橙红色荧光粉增强出版
杨伟斌,熊飞兵,杨寅,周琼,谢岚驰,凌爽,罗新
2022, 43(6): 879-890. DOI: 10.37188/CJL.20220055

摘要：采用高温固相法制备一系列新型Sr_3-_xGa₂Ge₄O₁₄∶xSm³⁺（x=0~0.20）及Sr_2.88Ga₂Ge₄O₁₄∶0.06Sm³⁺，0.06M（M=Li⁺，Na⁺，K⁺）荧光粉，通过物相形貌、荧光光谱、热稳定性及CIE色度坐标等分析手段对样品性能进行了详细研究。根据不同掺杂浓度Sr_3-_xGa₂Ge₄O₁₄∶xSm³⁺的荧光发射谱，发现Sm³⁺最佳掺杂浓度为x=0.06，其荧光浓度猝灭归因于Sm³⁺之间的电偶极-电偶极相互作用。研究发现，通过共掺杂M（M=Li⁺，Na⁺，K⁺）做电荷补偿离子可以提升Sr_3-_xGa₂Ge₄O₁₄∶xSm³⁺的发光性能。此外，随着Sm³⁺掺杂浓度提高，其荧光寿命不断减小。最后探讨了Sr_3-_xGa₂Ge₄O₁₄∶xSm³⁺的CIE色度坐标和热稳定性，其CIE色度坐标位于橙红光区域，且在423 K的发光强度大概为其室温的95%。研究表明，Sr_3-_xGa₂Ge₄O₁₄∶xSm³⁺作为新型橙红荧光粉有望应用于白光发光二极管（WLED）。
关键词：Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄;Sm³⁺;电荷补偿剂;光致发光;白光发光二极管（WLED）

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发布时间：2022-10-19

器件制备及器件物理

掺杂聚乙烯咔唑绿光磷化铟量子点发光二极管增强出版
刘森坤,罗宇,王俊杰,郭标,肖毅,王璞,彭俊彪
2022, 43(6): 891-900. DOI: 10.37188/CJL.20220086

摘要：设计了空穴传输材料聚乙烯基咔唑（PVK）与绿光无镉磷化铟（InP）量子点共混体系，改善了量子点团聚效应，减少了量子点之间相互作用产生的非辐射Förster能量转移（FRET），提高了共混无镉量子点薄膜的光致发光效率（PLQY），从24.2%提升至30.1%。同时，PVK的掺入提高了共混发光薄膜的空穴传输性能，改善了量子点电致发光器件的载流子平衡，使器件的最大外量子效率（EQE）达到5.94%，较未掺杂器件提高了32%。该聚合物掺杂方法可为研制高性能绿光InP量子点发光二极管提供参考。
关键词：磷化铟量子点;聚合物掺杂;能量转移;载流子平衡

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发布时间：2022-10-19
共掺Rb⁺和Zn²⁺蓝光钙钛矿量子点及其发光二极管增强出版
肖毅,李丹阳,罗宇,王俊杰,刘森坤,张玉玲,彭俊彪
2022, 43(6): 901-910. DOI: 10.37188/CJL.20220097

摘要：共掺Rb⁺、Zn²⁺得到了（Cs_0.8Rb_0.2）（Pb_0.93Zn_0.07）（Br_1.8Cl_1.2）蓝光钙钛矿量子点。相比未掺杂的CsPb（Br_1.8Cl_1.2）量子点，Rb⁺、Zn²⁺与卤素离子（Br^-、Cl^-）形成更加稳定的钙钛矿八面体晶型，抑制了Cl^-空位缺陷的形成，提高了量子点的稳定性。掺杂后的量子点溶液光致发光效率从未掺杂的5%显著提高到52%，同时辐射复合也得到了显著增强。Rb⁺、Zn²⁺共掺使量子点的HOMO能级上移0.31 eV，降低了从空穴传输层（HTL）到发光层（EML）的注入势垒，有利于空穴注入。基于Rb⁺、Zn²⁺共掺的蓝光钙钛矿量子点，设计了结构为ITO/PEDOT∶PSS/TFB/Pe⁃QDs/TPBi/LiF/Al的发光二极管器件，得到发光峰位于470 nm、半峰宽为19 nm的蓝光发射，最大外量子效率（EQE_max）达到3.55%。
关键词：钙钛矿量子点;蓝光发射;Rb⁺、Zn²⁺掺杂;晶格适配

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发布时间：2022-10-19
一种基于n-ZnS/p-CuSCN纳米薄膜的高开关比和稳定性紫外光电探测器增强出版
魏瑶琪,全家乐,赵庆强,邹明琛,韩三灿
2022, 43(6): 911-921. DOI: 10.37188/CJL.20220069

摘要：通过原位生长法制备了一种CuSCN纳米薄膜紫外光电探测器，在-1 V 偏压下，入射光为350 nm时， CuSCN紫外光电探测器的开关比～94，响应/恢复时间~1.41 s/1.44 s。但这种器件仍不能称之为一种高性能的光电探测器。为进一步提高CuSCN纳米薄膜的光电性能，我们制备了一种基于 n-ZnS/p-CuSCN 复合薄膜的紫外光电探测器，并对制备的样品进行了形貌、成分和性能分析。结果显示，在-1 V 偏压下，入射波长为350 nm时， ZnS/CuSCN紫外光电探测器表现出比CuSCN紫外光电探测器更高的光电流和更低的暗电流，分别为1.22×10^-5A和4.8×10^-9A。基于ZnS/CuSCN 纳米薄膜的紫外光电探测器开关比-2 542，响应/恢复时间为0.47 s/0.48 s，在350 nm波长下具备最佳的响应度和探测率，分别为5.17 mA/W和1.32 × 10¹¹Jones。此外，n-ZnS/p-CuSCN复合薄膜在室温下性能稳定，具有作为高性能紫外探测器的潜力。
关键词：光电探测器;p-n结;ZnS/CuSCN;开关比

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发布时间：2022-10-19

发光产业及技术前沿

低沸点溶剂处理PEDOT∶PSS薄膜提升光伏电池性能增强出版
李维光,陈俊聪,郑燕琼,陈与欢,陈维安,李喜峰
2022, 43(6): 922-933. DOI: 10.37188/CJL.20220108

摘要：聚（3，4-乙烯二氧噻吩）∶聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT∶PSS）作为热门空穴传输材料之一，被广泛应用于各种光电子器件中。为提高其导电性，高沸点溶剂常常被直接添加到PEDOT∶PSS溶液中，然而这同时会造成溶剂残留，给器件带来明显的漏电流。而在以往的报道中，并未见有效利用更易去除的低沸点溶剂。在本工作中，我们发现使用异丙醇、乙醇和丙酮三种低沸点溶剂对PEDOT∶PSS薄膜进行先滴加后旋涂处理后，相应的P3HT∶PC₆₁BM聚合物太阳能电池（PSCs）性能得到了改善。尤其在异丙醇处理后，电池短路电流密度从8.15 mA/cm²提高到9.17 mA/cm²，能量转换效率达到3.5%，相比参比器件提升了18.6%，同时未引起器件的漏电流增加。分析后发现处理后的PEDOT∶PSS薄膜中PEDOT链和PSS链发生相分离，表面形貌发生改变，透光能力和导电性得到增强。同时，通过溶剂处理尤其异丙醇处理后，PEDOT∶PSS的空穴传输能力显著上升。这些结果表明，低沸点溶剂可以通过这种方法被有效地利用，从而改善PEDOT∶PSS薄膜的光电性能。
关键词：聚（3，4-乙烯二氧噻吩）∶聚（苯乙烯磺酸盐）;低沸点溶剂;溶剂处理;聚合物太阳能电池

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发布时间：2022-10-19
不同功率O₂或N₂等离子处理TiN_x阳极表面对硅基OLED发光性能的影响增强出版
李祥,刘海,魏斌,张建华
2022, 43(6): 934-943. DOI: 10.37188/CJL.20220046

摘要：硅基有机发光二极管是微显示领域的一个重要研究方向。本文以硅基微显示器件中阳极与有机层关键界面材料氮化钛为研究对象，通过研究不同条件的等离子处理引起的表面微结构形貌、功函数、载流子浓度、载流子迁移率、反射率以及X射线光电子能谱变化，探究有机发光性能的表面处理方法。结果显示，合适功率的等离子处理（O₂：60 W或N₂：80 W）能够显著提升硅基显示器件的发光亮度（O₂：70%，N₂：128%）；同时，电流效率和功率效率分别提高了35%和58%。通过比较各个参数，等离子处理改变的Ti和 N元素的价态被认为可提高界面载流子浓度和迁移率从而优化发光性能。该研究细化了一种新颖的硅基显示器件性能提升方法，为相关研究提供了方向。
关键词：等离子处理;硅基OLED;氮化钛;载流子浓度及迁移率

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发布时间：2022-10-19

发光学应用及交叉前沿

镧系Eu³⁺配合物修饰的分子印迹聚合物荧光探针制备及其对血红蛋白的传感检测增强出版
刘丽,胡润泽,徐陈,徐丛泽,李颖
2022, 43(6): 944-951. DOI: 10.37188/CJL.20220095

摘要：采用溶胶凝胶法将分子印迹聚合物（MIPs）与镧系Eu³⁺配合物功能化的离子液体（［Eu（BFA）₃］@DPA‑PA）进行化学键合制备得到了基于镧系配合物修饰的分子印迹聚合物探针（Eu‑MIPs）。利用FT‑IR、XPS、UV‑Vis、PL等表征方法对探针分子的结构和性能进行分析。研究结果表明，Eu‑MIPs荧光聚合物具有优异的荧光性能。此外，通过进一步研究Eu‑MIPs对血红蛋白（Hb）的荧光传感性能发现，Hb能够对Eu‑MIPs的荧光产生明显的猝灭效果，这可能是由于Hb和离子液配体对紫外光具有竞争性吸收，进而使配体‑稀土之间的能量传递过程受到影响，从而造成Eu‑MIPs的荧光猝灭。同时，Eu‑MIPs对Hb具有较强的选择性和抗干扰能力，有望用作特异性检测Hb的荧光探针。
关键词：分子印迹;镧系配合物;荧光探针;传感检测

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发布时间：2022-10-19
高荧光效率硫量子点的简单制备及其在对硝基苯酚检测中的应用增强出版
黄铮钰,黄泽明,周立
2022, 43(6): 952-960. DOI: 10.37188/CJL.20220073

摘要：以单质硫⁃乙二胺混合液作为前驱体，采用简单的一步溶剂热法制备了高荧光效率的硫量子点（SQDs）。制得的SQDs具有优异的水溶性，其粒径范围为1.6~3.8 nm，呈现近单分散尺寸分布。SQDs的发射峰不随激发波长的改变而变化，当激发波长为340 nm时其显示出最强的荧光，荧光量子产率可达87%。同时，该SQDs还具有良好的荧光稳定性，改变溶液的pH或室温静置1个月，其荧光强度都没有明显降低。进一步的性能研究发现，该SQDs可以作为一种高灵敏度和高选择性的荧光探针来检测对硝基苯酚（4⁃NP），这是由于4⁃NP与SQDs之间存在内滤效应，4⁃NP能够有效猝灭SQDs的荧光。当4⁃NP浓度在2~85 μmol/L 范围内时，SQDs的相对荧光强度（I/I₀）与4⁃NP的浓度呈现良好的线性关系，检测限达到了73.4 nmol/L。真实水样检测结果也证实该SQDs可以有效检测环境中的4⁃NP。
关键词：硫量子点;荧光探针;检测;对硝基苯酚;内滤效应

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发布时间：2022-10-19
四苯乙烯类聚集诱导发光探针在生物分子检测领域的应用增强出版
杨学琴,来守军,丁媛媛,马丽丽,王晶凤,关晓琳
2022, 43(6): 961-985. DOI: 10.37188/CJL.20220080

摘要：生物体内存在各类生物离子和分子，其含量变化可以反映生物体的健康情况。因此，开发用于监测生物系统中离子或分子含量的方法是非常重要的。近年来，具有聚集诱导发光（Aggregation⁃induced emission，AIE）性质的荧光材料由于其独特的光电性能及生物活性，在光电材料、化学传感、生物成像等领域展现出广泛的应用前景。目前，在具有较高荧光量子产率的聚集诱导发光分子（AIEgens）中，四苯乙烯（TPE）成为最具有代表性和常用的分子之一，具有合成简便、易功能化以及优异的AIE效应等优点。本文综述了近年来基于TPE的荧光材料在生物金属离子、生物小分子和生物大分子检测方面的研究进展，分析了基于TPE的荧光探针所面临的挑战，并对其应用前景进行了展望，以期为制备合成简单、生物相容性好、检出限低的AIE荧光探针提供参考。
关键词：聚集诱导发光;四苯乙烯;生物金属离子;生物小分子;生物大分子

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发布时间：2022-10-19
一种比色/荧光增强型碳点基纳米探针用于环境中苯硫酚的高选择性检测增强出版
王芹,刘智峰,李利华,黄佩,孙艳丽,葛举,张晟瑞
2022, 43(6): 986-994. DOI: 10.37188/CJL.20220044

摘要：苯硫酚（Thiophenol，PhSH）是一种剧毒物质，对环境和健康危害极大，因此，对环境中PhSH的快速检测具有重要意义。本工作中，碳点基纳米探针（CD-DNS）以2，4-二硝基苯磺酰胺为识别基团，实现了环境样品中PhSH的高选择性检测。探针CD-DNS溶液本身的荧光强度较弱，加入PhSH后，CD-DNS与其发生亲核取代反应，2，4-二硝基苯磺酰胺键断裂，释放出荧光团，导致探针的荧光强度和吸光度显著增强。进一步研究表明，CD-DNS在520 nm处的荧光强度和440 nm处的吸光度随着PhSH浓度的增加呈线性增加，线性范围为0~5 μmol/L。该探针对PhSH的检测具有反应速度快（4 min）、选择性好等特点。此外，CD-DNS可用于环境水样中PhSH的检测，且可制备成试纸条实现PhSH的半定量可视化检测。实验结果表明，碳点基纳米探针CD-DNS在环境领域具有广阔的潜在应用前景。
关键词：碳点;纳米探针;比色/荧光增强型;苯硫酚;环境样品

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发布时间：2022-10-19

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