近日，山東大學前沿交叉科學青島研究院韓克利教授團隊在全無機非鉛四重鈣鈦礦奈米晶發光動力學機理研究方面取得新進展。該團隊報道了一系列新型非鉛四重鹵化物鈣鈦礦奈米晶的發光增強機制，並依此製備高效能光電探測器。相關研究成果以“Efficient Luminescent Halide Quadruple-Perovskite Nanocrystals via Trap-Engineering for Highly Sensitive Photodetectors”為題發表在《先進材料》(Adv. Mater.)上。山東大學為該論文的第一完成單位，前沿交叉科學青島研究院2020級博士研究生柏天新為該論文的第一作者，韓克利教授和大連化學物理研究所楊斌副研究員為該論文的共同通訊作者。

全無機CsPbX3（X = Cl，Br，I）型鈣鈦礦奈米晶體已在光電子器件領域中得到了廣泛研究。由於鉛的高毒性，人們一直在尋找鉛的替代元素。非鉛鹵化鈣鈦礦型奈米晶因其低毒性，高穩定性和化學多樣性而受到越來越多的關注。韓克利教授團隊前期已開發一系列A3M'2X9(Angew. Chem. Int. Edit. 2017), A2MM'X6(J. Am. Chem. Soc. 2018;Angew. Chem. Int. Edit. 2018;Angew. Chem. Int. Edit. 2018;Angew. Chem. Int. Edit. 2019;Sci. China Chem. 2019;Sci. Bull. 2020;ACS Cent. Sci. 2020;J. Phys. Chem. Lett. 2020)和A2BX6(Angew. Chem. Int. Edit. 2020)型非鉛鈣鈦礦奈米晶並揭示其發光動力學機理。然而，基於這些非鉛鈣鈦礦型奈米晶的光電子器件研究進展有限。因此，透過揭示新型非鉛鈣鈦礦奈米晶的載流子動力學，並依此將其有效地應用在光電子器件領域方面具有重要意義。

該團隊首次報道了一系列空位有序的四重鈣鈦礦型膠體奈米晶。透過對Cs4MnBi2Cl12奈米晶合金化，可將其熒光量子產率提高近100倍。載流子超快動力學研究發現，在四重鈣鈦礦奈米晶Cs4MnBi2Cl12中，自由激子迅速自捕獲為“自陷激子”，進而發生自陷激子輔助的給體-受體（Mn2+）能量轉移過程。合金化可以消除與能量轉移相互競爭的超快缺陷態捕獲過程，並可提升奈米晶的結晶度，進而大幅度提升發光效率。基於合金化的四重鈣鈦礦奈米晶具有結晶度高、載流子壽命長等特性，團隊成員製備了基於該奈米晶的光電探測器，該探測器具有超高響應度（0.98×104A/W）。該靈敏度遠高於以往報道的基於非鉛鈣鈦礦奈米晶的光電探測器。該工作表明，四重鈣鈦礦型奈米晶為光電應用開闢了新的可能性。

上述工作得到了中國國家重點研究與發展計劃專案，國家自然科學基金，中國科學院科學儀器發展計劃等的支援。