本文报道了一项关于无铅双钙钛矿（double perovskite）材料的研究，作者为Yidong Li、Li Li、Mengnan Zhai、Yongjie Wang、Xianju Zhou、Zhiyu Yang、Zhongmin Cao、Sha Jiang、Guotao Xiang和Yongbin Hua，主要通讯作者为Li Li（重庆邮电大学电子科学与工程学院）和Yongbin Hua（长江大学物理与光电工程学院）。该研究发表于Applied Surface Science第725卷（2026年），文章编号165892，于2026年1月10日在线发表。

本研究属于无铅卤化物双钙钛矿发光材料领域。铅基卤化物钙钛矿虽然具有优异的光电性能，但其毒性和环境风险限制了实际应用。无铅双钙钛矿Cs₂NaScCl₆（CNSC）因其无毒、结构可调和良好的生物物理性质而被视为有前景的替代材料。然而，原始双钙钛矿的发光量子产率（photoluminescence quantum yield, PLQY）较低，且光谱多样性有限，难以满足多功能应用需求。这主要源于其间接带隙或直接带隙体系中宇称禁戒跃迁的限制。稀土离子（Ln³⁺）掺杂可以将其发光拓展至近红外区域，但Ln³⁺的4f-4f跃迁吸收效率低，限制了发射强度。为了解决自陷激子（self-trapped exciton, STE）猝灭和Ln³⁺发射受抑制的问题，本研究提出Sb³⁺/Er³⁺共掺杂策略，通过调控局域配位环境，同时激活高效全光谱（375–700 nm）可见光发射和近红外二区（near-infrared-II, NIR-II, 1450–1650 nm）发射，并探索其在光学测温、防伪、全光谱LED和夜视成像中的应用。

在实验流程方面，研究首先采用改进的水热法合成CNSC、CNSC:1%Sb³⁺以及一系列CNSC:1%Sb³⁺/y%Er³⁺（y=2, 4, 6, 8, 10）样品。具体步骤为：将CsCl、NaCl、Sc₂O₃和浓盐酸加入聚四氟乙烯容器中，密封于不锈钢高压釜中，在200°C加热8小时，冷却后得到淡黄色沉淀，过滤并在60°C干燥。掺杂样品只需在相同条件下额外加入一定量的SbCl₃和ErCl₃·6H₂O。随后，利用X射线衍射（XRD）和Rietveld精修确认样品的相纯度和晶体结构，证明Sb³⁺和Er³⁺成功取代Sc³⁺位点并引起晶格膨胀。扫描电子显微镜（SEM）显示样品为微米级不规则颗粒。X射线光电子能谱（XPS）和能量色散X射线光谱（EDS）及元素分布图证实了Cs、Na、Sc、Cl、Sb、Er各元素的存在和均匀分布。光谱表征方面，使用FLS1000荧光光谱仪测量光致发光激发（PLE）和发射（PL）光谱，分别用R928光电倍增管检测可见区和近红外光电倍增管检测500–1700 nm区域。通过PLQY测试、荧光寿命衰减测试和变温光谱测试系统研究了材料的光物理性质、能量传递效率和温度响应行为。此外，还将最优样品与紫外固化硅树脂按质量比1:1混合，涂覆在320 nm LED芯片上，经紫外聚合30分钟制备pc-LED器件，并利用HPCS-6500照度分光光度计在标准驱动电流下测试电致发光性能。防伪应用采用丝网印刷技术将荧光材料制成复合加密图案。

主要研究结果显示，CNSC基体在265 nm紫外光激发下仅有微弱的445 nm蓝光发射。引入1% Sb³⁺后，材料在紫外激发下产生宽带STE发射，PLQY达到44%，440 nm处平均寿命为2.5 μs。进一步共掺Er³⁺后，在320 nm激发下获得覆盖375–700 nm的全光谱发射，包括445 nm的STE宽带发射和Er³⁺在524 nm（²H₁₁/₂→⁴I₁₅/₂）、558 nm（⁴S₃/₂→⁴I₁₅/₂）和660 nm（⁴F₉/₂→⁴I₁₅/₂）的特征4f-4f跃迁发射。随着Er³⁺浓度从0增加到4%，STE发射强度逐渐降低，而Er³⁺发射强度逐渐增强，这表明STE到Er³⁺的能量传递（energy transfer, ET）效率提高。当Er³⁺浓度超过4%时发生浓度猝灭。经计算，STE到Er³⁺的ET效率为68%。在可见区，CNSC:1%Sb³⁺/4%Er³⁺的PLQY高达80%，显著高于多数报道的无铅双钙钛矿材料。在近红外区，320 nm激发下观察到Er³⁺在1400–1650 nm的发射，主峰位于1540 nm，归属于⁴I₁₃/₂→⁴I₁₅/₂跃迁。1540 nm发射强度随Er³⁺浓度先增后减，在4%时达到最大。1540 nm处荧光寿命随Er³⁺浓度增加从10.82 ms缩短至2.47 ms，这归因于交叉弛豫等非辐射能量传递过程增强。

变温光谱研究表明，在300–460 K范围内，445 nm和558 nm的发射强度随温度升高而降低，这主要源于非辐射复合增强和电子-声子耦合加剧。值得注意的是，524 nm发射随温度升高而增强，因为²H₁₁/₂和⁴S₃/₂是一对热耦合能级，能级差ΔE约为286 cm⁻¹，满足热耦合条件。基于此，研究构建了三种光学测温模式：利用热耦合能级524 nm和558 nm的荧光强度比（luminescence intensity ratio, LIR）测温，最大绝对灵敏度（Sₐ₁）为0.09% K⁻¹，最大相对灵敏度（Sᵣ₁）为2.65% K⁻¹；利用非热耦合的445 nm STE发射与524 nm Er³⁺发射的LIR测温，最大Sₐ₂为0.57% K⁻¹，最大Sᵣ₂为1.74% K⁻¹；利用558 nm处Er³⁺荧光寿命（fluorescence lifetime, FL）测温，最大Sₐ₃为0.016% K⁻¹，最大Sᵣ₃为1.69% K⁻¹。在NIR-II区域，1540 nm发射强度在460 K时仍保持300 K时的55.82%，表明其具有优异的热稳定性，且发射峰形无明显变化，说明晶体结构在测试温区保持稳定。1540 nm荧光寿命在300–460 K范围内仅从7.43 ms略微缩短至6.47 ms，进一步证实其近红外热稳定性。

在应用展示方面，所制备的pc-LED器件在20–320 mA驱动电流下，可见区和NIR-II区电致发光强度均随电流增大而增强，且光谱形状保持稳定，未出现饱和趋势。该器件在20 mA驱动时发出明亮可见光，通过375 nm滤光片可见蓝色发光，通过980 nm滤光片并用近红外相机可观察到NIR-II发射。在夜视成像验证中，番茄和玩偶模型在完全黑暗环境下不可见，但在pc-LED光源照射下可被可见光相机和近红外相机清晰成像。在防伪应用方面，丝网印刷的加密图案在室内光下不可见，但在320 nm紫外光激发下可同时产生可见光和近红外发光，并被相应波段的相机捕获，实现了单光源激发的多模发光防伪，显著提高了安全级别。

本研究的核心结论是：通过Sb³⁺/Er³⁺共掺杂策略，成功在CNSC无铅双钙钛矿中构建了STE复合与Er³⁺ 4f-4f跃迁的可见-近红外双发射体系，实现了375–700 nm高效全光谱可见光发射和1450–1650 nm NIR-II发射，可见区PLQY达到80%。该材料展现出独特的热响应行为：可见区STE和Er³⁺发射对温度敏感，可用于高灵敏度多模式光学测温；而NIR-II发射具有良好热稳定性，适用于稳定近红外光源。基于这些特性，研究成功展示了光学防伪、比例测温、NIR-II pc-LED和夜视成像等原型应用。该研究为设计高效稀土掺杂双钙钛矿荧光粉提供了基本案例，并为需要同步可见光信号和近红外功能的下一代光电器件提供了重要参考。

本研究的亮点在于：第一，通过双离子共掺杂协同调控局域配位环境，同时解决了STE猝灭和Ln³⁺发射受限的问题，实现了可见光区80%的PLQY，突破无铅双钙钛矿的发光效率瓶颈；第二，首次在Sb³⁺/Er³⁺共掺杂CNSC体系中同时实现全光谱可见光和NIR-II发射，构建了单一材料的多功能集成平台；第三，利用热耦合能级、非热耦合能级和荧光寿命三种测温模式展示了高灵敏度的光学温度传感；第四，NIR-II发射的热稳定性优异，结合pc-LED器件实现了夜视成像，拓展了无铅双钙钛矿在近红外领域的实际应用前景。