孙立忠教授课题组在《化学工程杂志》发表研究成果

近日，孙立忠教授课题组在工程技术与化学化工领域国际著名期刊《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal, IF：16.744）发表题为“Cs₂SnBr_6-xI_x中增强的自由激子发光：第一性原理研究”（Enhanced Free-Exciton Luminescence in Cs₂SnBr_6-xI_x: A First-Principles Study）的研究论文。菠菜广告投放平台博士研究生高振任为论文的第一作者，孙立忠教授和吕蓬勃老师为共同通讯作者，我校为论文的第一单位。

近年来，铅卤钙钛矿的光伏光电应用因其性能突出而受到研究者的广泛关注。然而，铅元素固有的高毒性，以及铅卤钙钛矿材料在实际工作条件下较差的稳定性阻碍了此类材料的实际应用。作为铅卤钙钛矿的一类替代材料，A₂BX₆型的锡卤双钙钛矿对环境友好，且具有直接带隙，有望作为无铅发光材料进行应用。然而，由于跃迁禁阻，在实验中本征 Cs₂SnX₆ 材料仅表现出低或不可检测的发光。为解决该问题，一种策略是B位的部分阳离子取代，另一种策略是X位的部分阴离子取代。此前对此类材料的研究中，部分阴离子取代对其发光性能的影响尚未得到很好的理论回答，阻碍了这类材料发光性能的进一步优化。

基于此，该研究以 Cs₂SnBr₆ (CSB) 双钙钛矿为例研究了这种影响。该研究首先发现 CSB 在溴被碘部分阴离子取代时是稳定的，且在[SnBr_6-xI_x]^2- (x=1-3) 八面体中存在类 Jahn-Teller 或非类 Jahn-Teller 畸变，这些畸变影响了取代材料的带隙，重要的是几乎所有替代材料都显示出直接带隙特性和增强的光发射。该研究进一步采用考虑自旋轨道耦合 (SOC) 的杂化 HSE06 泛函计算获得了取代材料更准确的带隙。在上述计算的基础上，该研究总结了几乎所有取代材料都具有高电子维度、小有效质量、非 Jahn-Teller 类畸变、小激子束缚能量、小的自陷深度、低的脱陷势垒，以及在重卤素存在下的非局部变形，确认了此类取代材料的发光主要源于自由激子。该研究所得的结论将有针对性地帮助设计和开发具有更好发光性能的卤化锡双钙钛矿材料。

论文得到了湖南省自然科学基金、湖南省优秀博士后创新人才项目以及湖南省研究生科研创新项目的支持。孙立忠教授组建的材料计算与模拟团队目前包括4名专任教师，其中教授1人，副教授3人，研究方向涵盖了发光材料制备与器件设计、自旋电子学、二维材料和催化材料的设计与模拟等。

图1. 具有代表性的Cs₂SnBr₃I₃材料激发态计算。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141533