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圓偏振發(fā)光（CPL）材料，因其在三維顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、加密技術(shù)和手性傳感器等領(lǐng)域展現(xiàn)出的應(yīng)用潛力，近年來(lái)備受關(guān)注。然而，傳統(tǒng)CPL材料大多基于有機(jī)熒光分子或溶液態(tài)發(fā)光體系，這類材料在制備與應(yīng)用過(guò)程中面臨諸多挑戰(zhàn)，包括合成工藝復(fù)雜、發(fā)光效率低、波長(zhǎng)調(diào)諧受限及穩(wěn)定性欠佳等。固態(tài)材料雖能提升穩(wěn)定性，但聚集誘導(dǎo)猝滅效應(yīng)常導(dǎo)致發(fā)光效率顯著降低。因此，如何有效解決上述瓶頸，開(kāi)發(fā)兼具高效發(fā)光、全彩可調(diào)與高穩(wěn)定性的圓偏振發(fā)光材料，已成為發(fā)光材料領(lǐng)域的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

圖1 全彩固態(tài)圓偏振發(fā)光材料L/D-ZIF-8?CsPbX₃的（a）制備流程示意圖；（b）圓偏振光譜圖（X₃ = Cl₃,Cl_1.5Br_1.5,Br₃,Br₂I,Br_1.5I_1.5）；（c）365 nm紫外燈下多色發(fā)光溶液照片（X₃ = Cl₃,Cl_1.5Br_1.5,ClBr₂,Br₃,Br_2.2I_0.8,Br₂I,Br_1.5I_1.5）

針對(duì)上述難題，中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所/閩都創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室陳學(xué)元團(tuán)隊(duì)提出一種獨(dú)特的解決方案：采用“瓶中船”合成策略，巧妙地將全無(wú)機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)（CsPbX₃,X = Cl,Br,I）原位封裝于手性金屬有機(jī)框架（L/D-ZIF-8）中，成功制備出全彩可調(diào)諧的圓偏振發(fā)光材料（L/D-ZIF-8?CsPbX₃）（圖1）。研究團(tuán)隊(duì)借助手性氨基酸共組裝的方式，將L/D-組氨酸融入手性ZIF-8框架，構(gòu)建出具有手性特征的納米限域空間。這一設(shè)計(jì)不僅利用手性微環(huán)境有效誘導(dǎo)鈣鈦礦量子點(diǎn)產(chǎn)生顯著的圓偏振光學(xué)活性，還克服了傳統(tǒng)鈣鈦礦發(fā)光材料在鹵素陰離子交換、聚集誘導(dǎo)猝滅和穩(wěn)定性差等固有缺陷。此外，納米限域空間能夠鈍化鈣鈦礦量子點(diǎn)的表面缺陷，從而顯著提升材料的發(fā)光性能。利用L/D-ZIF-8作為手性模板和CsPbX₃量子點(diǎn)全光譜可調(diào)、發(fā)射譜帶窄的特點(diǎn)，該策略可實(shí)現(xiàn)窄帶、寬色域（>137% NTSC）的圓偏振發(fā)光。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該材料在整個(gè)可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)均展現(xiàn)出全彩可調(diào)諧的CPL發(fā)射特性，發(fā)光不對(duì)稱因子g_lum值達(dá)1.41×10^-3，并表現(xiàn)出顯著提升的光、熱及環(huán)境穩(wěn)定性。基于此材料，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出紅、綠、藍(lán)三基色及寬色域圓偏振白光二極管，展示了該材料在圓偏振白光光源以及多彩顯示領(lǐng)域的應(yīng)用前景。特別地，白光二極管采用紫外芯片激發(fā)量子點(diǎn)復(fù)合材料，其CIE色坐標(biāo)為（0.323,0.335），色溫為5927 K，接近標(biāo)準(zhǔn)白光（圖2）。

圖2 （a）七種L-ZIF-8?CsPbX₃固體粉末在日光和365 nm紫外燈下的實(shí)物照片；（b-e）藍(lán)光L-ZIF-8?CsPbCl_1.5Br_1.5、綠光L-ZIF-8?CsPbBr₃、紅光L-ZIF-8?CsPbBr_1.5I_1.5及白色L-ZIF-8?CsPbX₃（X₃ = Cl_1.5Br_1.5,Br₃,Br_1.5I_1.5）復(fù)合材料的光致發(fā)光光譜及對(duì)應(yīng)發(fā)光二極管實(shí)物照片；（f）白光LED的色域（白色線）與NTSC標(biāo)準(zhǔn)（黑色線）的對(duì)比

該工作提供了一種賦予鈣鈦礦基材料圓偏振發(fā)光性能的新策略，有效克服了傳統(tǒng)圓偏振發(fā)光材料合成工藝復(fù)雜、發(fā)光效率低、波長(zhǎng)調(diào)諧困難及發(fā)射譜帶寬等問(wèn)題，為鈣鈦礦圓偏振光學(xué)材料在量子點(diǎn)照明顯示與3D成像等前沿領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新思路。相關(guān)結(jié)果以“Full-color circularly polarized luminescence from perovskite quantum dots embedded within Chiral ZIF-8 matrix”為題，于2025年3月25日發(fā)表于《Nano Today》（Nano Today2025,62,102730. DOI: 10.1016/j.nantod.2025.102730）。論文的第一作者是中國(guó)科學(xué)院福建物構(gòu)所與福建師范大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的碩士研究生曹洋，通訊作者為中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所/閩都創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的劉?副研究員和陳學(xué)元研究員。

此前，陳學(xué)元團(tuán)隊(duì)已在手性納米材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面取得了多項(xiàng)重要進(jìn)展。例如，研發(fā)出稀土離子與手性核苷酸自組裝的納米藥物，實(shí)現(xiàn)了對(duì)腫瘤部位的精準(zhǔn)無(wú)毒治療（Angew. Chem. Int. Ed.2022,61,e202116983）；研制出腫瘤光療用近紅外圓偏振光響應(yīng)型量子點(diǎn)水凝膠（Nano Today2024,?58,?102436）；定制設(shè)計(jì)新型上轉(zhuǎn)換超分子有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料，用于腫瘤近紅外圓偏振光的精準(zhǔn)控制治療（Chem.?Eng.?J.2023,?474,?145429）。

本研究及其系列工作得到科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金及福建省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2025.102730