光致熱載流子的快速冷卻弛豫過(guò)程是光電轉(zhuǎn)換效率過(guò)程中主要的能量損失通道，減緩這一過(guò)程對(duì)于提升光電轉(zhuǎn)換效率至關(guān)重要。在已報(bào)道的鈣鈦礦材料中，熱載流子通常通過(guò)載流子-聲子耦合作用在亞皮秒的時(shí)間內(nèi)弛豫至帶邊。較慢的熱載流子弛豫過(guò)程有利于在載流子冷卻前將其提取出來(lái)，從而直接提高光電轉(zhuǎn)換效率。全無(wú)機(jī)CsPbX?(X=I, Br, Cl)鈣鈦礦納米晶的出現(xiàn)引起了熱載流子光電器件領(lǐng)域的關(guān)注。與常見(jiàn)的甲銨或甲脒鈣鈦礦相比，CsPbX?納米晶具有較慢的熱載流子弛豫過(guò)程。目前的研究也討論和總結(jié)了鈣鈦礦納米晶不同組分、不同尺寸對(duì)熱載流子弛豫過(guò)程的影響，然而依然缺乏對(duì)納米晶中熱載流子弛豫過(guò)程的直接調(diào)控手段。

鑒于此，電子科技大學(xué)劉明偵教授和墨爾本大學(xué)Trevor A. Smith教授對(duì)表面有機(jī)配體如何影響CsPbBr?納米晶中載流子-聲子相互作用并進(jìn)而影響熱載流子弛豫過(guò)程的問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究。基于課題組前期的納米晶合成基礎(chǔ)，本工作采用（3-氨基丙基）三乙氧基硅烷（APTES）代替長(zhǎng)鏈的油胺配體（OAm），通過(guò)控制懸掛硅氧烷基的水解過(guò)程，合成交聯(lián)硅氧烷層包裹的尺寸均一的單分散高質(zhì)量CsPbBr?納米晶。相比傳統(tǒng)的一端自由懸掛的OAm配體，交聯(lián)后的APTES分子在納米晶周?chē)纬梢粚印皠傂?的有機(jī)配體殼。課題組進(jìn)一步在傳統(tǒng)的極化子模型上，引入了與配體剛性相關(guān)的阻尼因子，提出了聲子耦合阻尼振蕩模型，描述了剛性分子配體對(duì)載流子-聲子耦合過(guò)程的機(jī)械阻尼作用。通過(guò)低溫?zé)晒夤庾V中的縱向光學(xué)聲子散射峰強(qiáng)度分析，確認(rèn)了APTES-CsPbBr?體系具有較弱的載流子-聲子耦合強(qiáng)度。進(jìn)一步，通過(guò)自主設(shè)計(jì)和搭建的高信噪比飛秒瞬態(tài)吸收光譜系統(tǒng)，測(cè)量納米晶初始熱載流子動(dòng)力學(xué)過(guò)程，利用更為準(zhǔn)確的Fermi-Dirac分布模型對(duì)瞬態(tài)吸收光譜進(jìn)行全局?jǐn)M合。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的長(zhǎng)烷基鏈油胺配體的CsPbBr?納米晶（OAm-CsPbBr?）相比，APTES-CsPbBr?體系中的熱載流子能量弛豫壽命增加至三倍，接近皮秒量級(jí)。該工作還基于阻尼振蕩模型，進(jìn)一步解釋了在全無(wú)機(jī)鈣鈦礦低維材料中觀測(cè)到的載流子-聲子耦合強(qiáng)度與溫度的線性依賴(lài)關(guān)系。

該工作提出了利用表面配體直接調(diào)控納米晶熱載流子動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)，為熱載流子納米材料化學(xué)合成提供了新的發(fā)展思路和方向。基于此工作，課題組期待有更多、更有效的配體體系能夠被發(fā)掘出來(lái)，支撐未來(lái)高效的熱載流子光電材料和器件。同時(shí)，課題組根據(jù)研究領(lǐng)域的前期工作，完善了可靠的利用超快光譜分析熱載流子動(dòng)力學(xué)的系統(tǒng)方法。該工作以題為“Control of Hot Carrier Relaxation in CsPbBr? Nanocrystals Using Damping Ligands"發(fā)表在著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。（DOI: 10.1002/anie.202111443）

本工作的主體之一熒光發(fā)射光譜的測(cè)量，是由武漢東隆科技有限公司提供的德國(guó)PicoQuant 高性能熒光壽命和穩(wěn)態(tài)光譜儀Fluotime300支持完成。