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2023 年第 4 期

封面文章

Ruddlesden⁃Popper型准二维钙钛矿温度依赖发光光谱研究增强出版
杜子孝,杜海南,胡智萍,罗家俊,黄斯豪,占子俊,李骞,刘征征,杜鹃,冷雨欣
2023, 44(4): 569-578. DOI: 10.37188/CJL.20220418

摘要：准二维Ruddlesden⁃Popper（R⁃P）卤化物钙钛矿具有优越的光电特性，在太阳能电池、发光二极管、激光器等光电器件中受到广泛关注，但严重影响载流子的弛豫和传输特性的激子⁃声子之间的相互作用还未得到充分揭示。与广泛研究的三维钙钛矿结构相比，准二维钙钛矿存在天然形成的量子阱结构，具有更大的激子结合能，激子效应更加明显，但对其激子⁃声子相互作用的研究仍然较少。因此，我们通过溶液法制备了准二维R⁃P型钙钛矿（PEA）₂Cs_n_-1Pb_nBr₃_n₊₁薄膜，其增益系数高达~1 090.62 cm^-1，获得了低阈值（~12.48 μJ/cm²）的放大自发辐射。基于此，我们通过变温荧光光谱（77~300 K）和瞬态吸收光谱技术研究了（PEA）₂Cs_n_-1Pb_nBr₃_n₊₁薄膜随温度变化的发光特性，以阐述其内部的激子⁃声子相互作用对其发光性能的影响。发现在低温域内（77~120 K），由激子⁃声子相互作用引起的带隙变化相对较弱，晶格热膨胀占主导地位；随着温度升高，激子⁃声子相互作用对带隙变化产生较大影响。另一方面，激子⁃声子相互作用会促使发光光谱线宽加宽，但我们在77~120 K的温度范围内观察到了反常线宽变窄现象，这归因于由局域化效应引起的多量子阱中的能量转移机制；直到120 K之后，激子⁃声子相互作用引起的谱线加宽才足以逆转这一趋势。本文对准二维钙钛矿的激子⁃声子相互作用的研究对于提高准二维钙钛矿光学性能及其发光应用具有指导价值。
关键词：激子-声子相互作用;准二维钙钛矿;光谱加宽;局域化效应

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发布时间：2023-05-10

特邀综述

赝卤素阴离子工程在钙钛矿太阳能电池中的应用研究进展增强出版
朱云飞,赵雪帆,王成麟,张左林,宋宏伟,陈聪
2023, 44(4): 579-597. DOI: 10.37188/CJL.20220365

摘要：金属卤化物钙钛矿太阳能电池已经能够实现25.7%的认证光电转化效率，接近于晶硅太阳能电池26.7%的最高认证效率。众所周知，ABX₃钙钛矿材料的晶体结构组分工程在实现高效和稳定的器件方面发挥着关键作用，尤其是近几年受到研究人员广泛关注的X位卤素阴离子组分工程。最近，研究人员在引入赝卤素阴离子作为钙钛矿晶体的掺杂组分、前驱体添加剂、薄膜后处理材料、电荷传输材料、界面钝化剂以及改性剂等方面开展了多项研究工作，结果证明赝卤素离子修饰是提高器件效率和稳定性的重要策略。本综述详细对比和总结了目前可用于钙钛矿太阳能电池的多种类型的赝卤素离子，并对其影响钙钛矿晶体薄膜形貌、光电特性、载流子迁移特性和器件光伏特性及稳定性等方面的深入机理和作用本质进行了深入总结。同时，本文还对目前尚未被探索开发的赝卤素离子进行了展望和分析，以期在未来研究中能有效促进钙钛矿太阳能电池光伏特性的提升。
关键词：赝卤素离子;组分工程;钙钛矿太阳能电池;缺陷钝化

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发布时间：2023-05-10

材料合成及性能

Na₃Sc₂（BO₃）₃∶Tb³⁺反热猝灭荧光粉制备及其发光性能增强出版
叶博,李贵花,王荣荣,蔡格梅
2023, 44(4): 598-606. DOI: 10.37188/CJL.20220342

摘要：采用高温固相法制备了一系列新型Na₃Sc_2（1-_x_）（BO₃）₃∶xTb³⁺荧光粉，通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、光致发光光谱（PL）、真空紫外荧光光谱（VUV）、高温荧光光谱和荧光衰减寿命等表征手段对其结构、形貌、成分、发光性能进行了系统研究。结果表明，在242 nm紫外光激发下，Na₃Sc_2（1-_x_）（BO₃）₃∶xTb³⁺荧光粉发出主峰位于553 nm的明亮绿光，当掺杂浓度x = 0.025时，发光强度达到最大。真空紫外荧光光谱显示这些荧光粉也可以被187 nm的深紫外光有效激发。在环境温度上升过程中，Na₃Sc_1.95（BO₃）₃∶0.025Tb³⁺表现出了反热猝灭行为；当温度达到473 K时，样品的发光强度达到最高，为室温（298 K）时的109.3%。该类新型绿色荧光粉的强发射、高热稳定性等特点预示了其在照明和显示领域的应用潜力。
关键词：荧光粉;Tb³⁺掺杂;反热猝灭;照明与显示

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发布时间：2023-05-10
Sr_0.3Ca_0.7MoO₄∶Tb³⁺, Eu³⁺荧光粉的颜色可调发光和温度传感特性增强出版
尹学爱,吕树臣
2023, 44(4): 607-614. DOI: 10.37188/CJL.20220376

摘要：采用共沉淀法合成了一系列颜色可调的单掺和共掺Sr_0.3Ca_0.7（MoO₄）₂∶Tb³⁺，Eu³⁺荧光粉。用X射线衍射和扫描电镜对荧光粉的晶体结构和形貌进行了表征。结果表明，Tb³⁺和Eu³⁺的少量掺入无杂峰产生，对样品的晶体结构几乎没有影响。研究了样品的发光特性和温度传感特性。在样品的发光特性中，证实了Sr_0.3Ca_0.7⁃（MoO₄）₂荧光粉中Tb³⁺向Eu³⁺的能量传递。同时，通过温度依赖性发射光谱，证明所制备的Sr_0.3Ca_0.7（MoO₄）₂∶Tb³⁺，Eu³⁺荧光粉具有较好的热稳定性。计算了样品的绝对灵敏度和相对灵敏度，Sr_0.3Ca_0.625（MoO₄）₂∶0.05Tb³⁺，0.025Eu³⁺样品的相对灵敏度在514 K时最大值为0.861%·K^-1。此外，在紫外光激发下，通过调节Eu³⁺的掺杂浓度，Sr_0.3Ca_0.7（MoO₄）₂∶Tb³⁺，Eu³⁺荧光粉的发光颜色可调谐。
关键词：荧光特性;能量传递;荧光粉;光学温度传感

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发布时间：2023-05-10
Bi³⁺、Eu³⁺共掺双钙钛矿Gd₂ZnTiO₆荧光粉制备及其温度传感性能增强出版
温一诺,陈彦伶,付杰,林健华,周柳艳,李杰,韩明晓,陈书阳,邓德刚,陈亮
2023, 44(4): 615-626. DOI: 10.37188/CJL.20220341

摘要：采用高温固相法制备了一系列具有双发射中心的Gd_{2 （1-}_x-y_）ZnTiO₆∶xBi³⁺，yEu³⁺荧光粉。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、荧光光谱、寿命衰减曲线和变温发射光谱等方法，系统地研究了该材料的结构、发光性能和温度传感特性。在Gd₂ZnTiO₆∶Bi³⁺，Eu³⁺荧光粉中，Bi³⁺和Eu³⁺离子占据了Gd³⁺离子的位置。在紫外激发下，Eu³⁺的激发光谱和Bi³⁺的发射光谱存在光谱重叠，表明从Bi³⁺到Eu³⁺可能存在能量传递。通过荧光强度比技术探究了Bi³⁺蓝光发射与Eu³⁺红光发射的不同温度响应特性。在293~473 K温度范围内，测得Gd₂ZnTiO₆∶Bi³⁺，Eu³⁺荧光粉的最大相对温度灵敏度为1.133%·K^-1，最大绝对灵敏度为0.73 %·K^-1。因此，Gd₂ZnTiO₆∶Bi³⁺，Eu³⁺荧光粉是一种有潜力的非接触式光学测温材料。
关键词：Gd2ZnTiO6∶Bi³⁺，Eu³⁺;双钙钛矿;荧光能量传递;光学测温;荧光强度比

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发布时间：2023-05-10
高应变InGaAs/GaAs多量子阱中的局域态问题增强出版
王曲惠,王海珠,王骄,马晓辉
2023, 44(4): 627-633. DOI: 10.37188/CJL.20220375

摘要：针对高应变InGaAs/GaAs多量子阱中存在的局域态问题，利用金属有机化合物气相外延（MOCVD）技术，设计并生长了五周期的In_0.3Ga_0.7As/GaAs高应变多量子阱材料。通过原子力显微镜（Atomic force microscope，AFM）和变温光致发光（Photoluminescence，PL）测试，发现量子阱内部存在缺陷及组分波动的材料无序性表现，验证了多量子阱内部局域态的存在及起源。同时发现在不同测试位置，局域态在低温下对光谱的影响也不同，分别表现为双峰分布和峰位“S”型变化。这进一步说明材料内部无序化程度不同，导致局域态的深度也不同。依据温度⁃带隙关系的拟合，提出了包含局域态的多量子阱材料的电势分布，并揭示了局域态载流子和自由载流子的复合机制。并且借助变功率PL测试，研究了在不同激发功率密度下不同深度的局域态的发光特性。
关键词：InGaAs/GaAs多量子阱;局域态;高应变;金属有机化合物气相外延（MOCVD）

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发布时间：2023-05-10
沉积参数对铯铅溴钙钛矿薄膜中CsPb₂Br₅相结构演变和发光特性的影响增强出版
林淑地,吴海霞,宋捷,黄锐,吕有明
2023, 44(4): 634-640. DOI: 10.37188/CJL.20220335

摘要：基于化学气相沉积（CVD）法制备的铯铅溴钙钛矿薄膜具有优异的光电特性，然而薄膜通常存在CsPbBr₃和CsPb₂Br₅两个不同的相结构区域。本文通过CVD法制备了铯铅溴钙钛矿薄膜，并利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、电子能谱仪（EDS）及荧光光谱仪研究了反应气压与N₂流量对其中的CsPb₂Br₅相结构的影响。实验结果表明，反应气压的变化对CsPb₂Br₅相结构无影响；与此不同，随着N₂流量的减少，薄膜中部分CsPb₂Br₅相结构逐渐转变为CsPbBr₃相结构，其发光也由以~630 nm为主的宽带发射转变为以~530 nm为主的窄带发射。实验表明，N₂流量是调控CsPb₂Br₅相结构和发光特性的有效手段。
关键词：化学气相沉积;铯铅溴钙钛矿薄膜;CsPb₂Br₅相结构

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发布时间：2023-05-10

器件制备及器件物理

界面调控对柔性量子点电致发光器件性能的影响增强出版
刘萍,李宇,韦闯闯,钱磊,訚哲,邓振波,唐爱伟
2023, 44(4): 641-656. DOI: 10.37188/CJL.20220345

摘要：近年来，柔性显示技术引起了人们的广泛关注，尤其在折叠手机、可穿戴电子等领域，柔性显示屏幕更是不可或缺。量子点发光二极管（Quantum dot light emitting diodes，QLEDs）因具有高色纯度、高效率、高稳定性等特点而在柔性显示领域展现了独特的优势。本文首先介绍了柔性量子点发光二极管（flex⁃QLEDs）及其近期进展，然后讨论了器件结构及界面调控对发光性能的影响。在多层异质结构的flex⁃QLEDs的基础上，总结了三种界面调控方法：阳极界面调控、阴极界面调控、发光层调控。调控聚焦于降低表面粗糙度、增强界面结合力、优化各层能级。最后，对目前flex⁃QLEDs的性能进行了比较与总结，并对未来面临的挑战和机遇进行了展望。
关键词：界面调控;柔性器件;电致发光;量子点

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发布时间：2023-05-10
基于镁电子注入层的倒置磷光有机发光二极管增强出版
李轩,郑浩臣,吕文理,徐苏楠,孙磊,彭应全
2023, 44(4): 657-663. DOI: 10.37188/CJL.20220362

摘要：倒置有机发光二极管（Inverted organic light⁃emitting diodes，IOLEDs）因其结构容易与n型薄膜晶体管技术集成而得到了广泛研究。在IOLEDs研究中，为了使电子能从底阴极有效注入电子传输层，对各式各样的电子注入层结构进行了研究。本文制备并研究了采用超薄金属Mg作为电子注入层的高效率绿色磷光IOLEDs。研究发现超薄金属Mg薄膜具有优良的透光性；基于2 nm厚Mg电子注入层的IOLEDs具有最优的发光性能，其启亮电压、最大电流效率和外量子效率分别为3.06 V、46.5 cd/A和13.3%。
关键词：有机发光二极管;倒置;超薄镁;电子注入层

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发布时间：2023-05-10
970 nm高功率光栅外腔可调谐半导体激光器增强出版
苏鹏,高欣,张悦,赵仁泽,伏丁阳,薄报学
2023, 44(4): 664-672. DOI: 10.37188/CJL.20220354

摘要：宽条形半导体激光器广泛应用于激光泵浦、激光加工等领域。针对宽条型半导体激光器输出光谱宽、调谐范围小的问题，采用衍射效率分别为28%和55%的反射式衍射光栅作为反馈元件构建了宽条形970 nm波长光栅外腔半导体激光器。研究了Littrow结构激光器参数对其性能（调谐范围、功率、阈值电流、线宽）的影响。实验结果表明，通过结构优化可得到窄线宽可调谐激光输出，适当地提高温度和使用较高衍射效率的光栅可增加激光器调谐范围，并且较高衍射效率的光栅可降低激光器的阈值电流。基于S偏振入射方式的光栅外腔激光器最大可实现27.87 nm的波长调谐范围，光谱线宽压窄至0.2 nm，输出功率可达1.11 W。
关键词：半导体激光器;衍射光栅;波长调谐;阈值电流

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发布时间：2023-05-10
全固态高功率准连续板条激光器增强出版
张兴虎,涂玮,陈柏众,邹跃,丁小康,牟学峰,许昌
2023, 44(4): 673-677. DOI: 10.37188/CJL.20220352

摘要：报道了一种高功率准连续运转的全固态Nd∶YAG激光器。采用Nd∶YAG晶体板条作为增益介质，平凹腔型作为振荡腔，激光沿Zigzag光路在板条内传播。当抽运功率为9 kW时，振荡可获得平均功率为3 420 W的激光输出，重复频率为1 kHz，激光脉宽为80 μs，单脉冲能量为3.42 J，经过校正后的光束质量β为4.1倍衍射极限。
关键词：激光器;准连续激光器;高功率;Nd∶YAG

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发布时间：2023-05-10
掺铒纳米晶与聚合物键合比例对光波导放大器增益性质的影响增强出版
唐迎,李俊,符越吾,赵丹,秦伟平
2023, 44(4): 678-684. DOI: 10.37188/CJL.20220381

摘要：将掺铒纳米晶与甲基丙烯酸甲酯（MMA）单体共聚获得的复合聚合物可用作聚合物光波导放大器的增益介质。器件的增益性能与复合聚合物中的纳米粒子浓度密切相关。本文利用高温热分解法成功制备了尺寸均匀的β⁃NaLu_50%Y_30%F₄∶18%Yb³⁺，2%Er³⁺纳米晶。纳米晶尺寸约16 nm，表面修饰有不饱和基团，因此可以与MMA共聚合得到纳米粒子⁃聚甲基丙烯酸甲酯（NPs⁃PMMA）纳米复合材料。通过将纳米粒子的掺杂浓度分别调整为0.1，0.15，0.25 mmol，制备了三组不同键合比例的复合聚合物。下转换发射光谱和透过光谱测试分析表明，随着键合的纳米晶浓度升高，复合聚合物发光强度逐渐提高，但近红外区的光透过率略微下降。使用这三组复合聚合物材料制备的倒脊型光波导放大器，在1 550 nm处，器件的相对增益分别为3，3.46，5.61 dB，插入损耗分别为19.20，25.00，26.53 dB。该结果说明，虽然高掺杂浓度的稀土纳米晶造成了散射损耗增加，却有效地提高了增益介质在C波段的发光强度和器件的相对增益。在本文实验中，增加纳米晶浓度带来的增益提高优于散射损耗的增加。
关键词：掺铒纳米晶;复合聚合物;键合比例;光波导放大器

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发布时间：2023-05-10
基于PbZr_0.52Ti_0.48O₃铁电薄膜的高性能自驱动紫外光电探测器增强出版
叶昊熙,苏嘉韵,钟日健,蔡静
2023, 44(4): 685-693. DOI: 10.37188/CJL.20220340

摘要：光电探测器在成像、通信、医疗、环境监测、生物传感等领域具有重要的应用，近年来备受研究人员的关注。采用铁电薄膜材料作为光吸收层，利用铁电极化场驱动载流子定向运动，可以大幅度简化探测器的器件结构，降低探测器的制备成本。本文采用溶胶⁃凝胶方法在掺氟二氧化锡（FTO）衬底上制备了PbZr_0.52Ti_0.48O₃（PZT）铁电薄膜，并在此基础上获得了高效的自驱动紫外光探测结果。形貌、结构、电学、铁电特性测试结果显示PZT铁电薄膜表面平整、致密、缺陷浓度低、铁电特性优异（室温下，剩余极化为2Pr = 35.2 μC/cm²，矫顽电场为 ~ 10⁵ V/cm量级）。进一步构建了性能优异的Au/PZT/FTO结构自驱动光电探测器。在0 V偏压下，探测器的光响应度和比探测率分别为0.072 A/W和4.35 × 10¹¹ Jones，光探测性能优于已报道的同类型器件的结果。本文研究结果证实了PZT铁电薄膜基自驱动紫外光电探测器的优越性，并为将来研制器件结构简单、性能优异的自驱动光电探测器提供了一定的借鉴。
关键词：光电探测器;自驱动;紫外光探测;铁电材料;PbZr_0.52Ti_0.48O₃

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发布时间：2023-05-10

理论计算及光谱分析

19芯碲酸盐玻璃放大光纤的低串扰结构设计及性能仿真增强出版
张敏,王弦歌,李宁哲,肖峰,贾金升,黄庆,白胜闯,刘自军,沈祥,戴世勋,聂秋华,赵丹,秦冠仕,王训四
2023, 44(4): 694-700. DOI: 10.37188/CJL.20220371

摘要：基于空分复用技术的多芯光纤通信核心指标之一是信道串扰，该问题的存在极大地影响着传输距离及信号质量，尤其是在宽带光纤放大系统中。本文重点讨论了弱耦合19芯光纤的串扰问题，同时提出了一种利于多组分碲酸盐玻璃挤压制备的沟槽辅助型19芯光纤，并采用耦合功率理论和有限元法对模型进行了相关性能的数值仿真，系统研究了沟槽尺寸、折射率分布及相关光纤参数对芯间串扰的影响。仿真结果表明，优化设计后的光纤在1 550 nm处拥有-156 dB/100 m的低串扰值，可以满足大容量光纤通信用宽带光放大器的应用需求。
关键词：低串扰;19芯光纤;沟槽辅助型;多组分碲酸盐玻璃

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发布时间：2023-05-10

发光产业及技术前沿

基于中性层技术提升柔性OLED弯曲可靠性研究进展增强出版
吴马佳奇,张驰,王伟高,杨连乔,张建华,魏斌
2023, 44(4): 701-716. DOI: 10.37188/CJL.20220351

摘要：有机发光二极管（OLED）由于具有结构简单、发光效率高、制造工艺简单和厚度超薄的特点，结合柔性基底可以制备具有弯曲和折叠功能的柔性OLED器件，在柔性显示、柔性照明等领域发挥了重要作用。在承受以弯曲为主的外加载荷时，柔性OLED器件中的无机薄膜很容易出现裂纹、脱层和屈曲等形式的失效，这些失效会使器件的导电性下降并破坏器件原有的结构，从而影响器件的效率与可靠性。中性层的使用能够有效减小器件关键部位的应变，从而减轻或消除失效，器件在弯曲状态下的可靠性也得以提高。近年来，一系列基于柔性OLED器件中性层的研究被陆续报道。本文综述了中性层技术在柔性OLED器件上的应用。首先，讨论了中性层的概念以及单个中性层位置的确定方法；其次，介绍了单个中性层和多个中性层在实际器件中的应用；最后，对柔性OLED器件未来的发展方向做出了展望。
关键词：柔性OLED器件;中性层;弯曲半径;黏附层

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发布时间：2023-05-10

发光学应用及交叉前沿

近红外二区聚集诱导发光材料在手术导航上的应用增强出版
刘小春,李海蓉,唐会,律娅婧,张亚会,王周玉
2023, 44(4): 717-728. DOI: 10.37188/CJL.20220432

摘要：临床手术仍然是治疗疾病的主要办法之一，而目前外科手术中医生难以通过肉眼观察、超声等方法确定肿瘤边界、残余病灶以及微小转移病灶，这些传统方法在很大程度上可能会造成癌症术后复发。近红外二区聚集诱导发光（NIR⁃Ⅱ AIE）材料作为荧光手术导航试剂，其快速发展为解决这个问题提供了新的技术支持。本文基于NIR⁃Ⅱ AIE分子的结构设计，通过分析其结构，依据NIR⁃Ⅱ AIE荧光在手术导航中的研究进展，分别就NIR⁃Ⅱ AIE材料在肿瘤切除手术、检测切除淋巴结手术以及在其他组织中的应用进行详细分析，讨论了目前存在的一些问题，并对NIR⁃Ⅱ AIE材料手术导航应用的未来发展进行了展望。
关键词：近红外二区;聚集诱导发光;手术导航;供体;受体

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环境水样中S^2-的CQDs双发射比率荧光测定增强出版
张越诚,王清清,马静,胡渭平,孙凌波,马红燕
2023, 44(4): 729-737. DOI: 10.37188/CJL.20220339

摘要：以葡萄糖为碳源、对苯二胺为氮源，一步水热法合成了新型双发射荧光碳量子点（GP⁃CQDs），对该GP⁃CQDs的形貌及光谱特性进行了研究。实验发现，在单一波长λ_ex=300 nm激发下，该GP⁃CQDs于348 nm和452 nm处有双发射荧光信号。将MnO₄^-加入GP⁃CQDs溶液，GP⁃CQDs于452 nm处的荧光信号完全猝灭，而348 nm处的信号基本不变。于上述猝灭体系中继续加入S^2-，其于425 nm处产生新的荧光发射峰，相较于GP⁃CQDs原452 nm处的荧光信号，发射峰位置发生蓝移，且发射峰强度随S^2-的浓度增加线性增强，而348 nm处的信号无增敏现象。根据该现象，以425 nm处的荧光峰为响应信号、348 nm荧光峰为参比信号，可直接构建基于S^2-测定的比率荧光传感探针。实验对该探针的构建条件及分析性能进行了优化，当S^2-浓度在3.1×10^-8 ~ 8.0×10^-6 mol/L范围内时，与348 nm和425 nm两处的荧光强度比值（I₄₂₅/I₃₄₈）呈现良好的线性关系，检出限为9.41×10^-9 mol/L（3σ/k）。对MnO₄^-及S^2-与GP⁃CQDs的作用机理进行了探讨。该方法简单、快速、灵敏度高，用于环境水样中S^2-的测定，结果满意。
关键词：硫离子（S^2-）;双发射荧光碳量子点;比率荧光传感器

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发布时间：2023-05-10

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