Structural Transformation and Photoluminescent Property of Manganese-Doped Bismuth-Based Perovskites

光致发光 化学 兴奋剂 发光 正交晶系 晶体结构 密度泛函理论 化学物理 结晶学 光电子学 计算化学 材料科学 有机化学
作者
Jing Liu,Qichuan Hu,Hailong Yu,Hanqi Xu,Jinyang Yu,Qiuju Han,Wenzhi Wu
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:62 (23): 9111-9119 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.3c00957
摘要

Here, we synthesized pure Cs3Bi2Cl9 (CBC) and manganese (Mn)-doped crystals with different feeding ratios, leading to changes in structure and luminescence. The crystals Cs3Bi2Cl9-Mn (CBCM) formed by doping a minor amount of Mn2+ (Bi/Mn = 8:1) maintain the orthorhombic phase structure of the host, but when Bi/Mn = 2:1, the crystal structure is more inclined to form Cs4MnBi2Cl12 (CMBC) of a trigonal phase. Combined with density functional theory (DFT) calculation, the results demonstrate that a moderate amount of Mn2+ doping can create impurity energy levels in the forbidden band. However, as the structure transitions, the type of energy band structure changes from indirect to direct, with completely different electronic orbital features. Temperature-dependent time-resolved and steady-state photoluminescence spectroscopies are used to explore the structure-related thermal properties and transitional process. Differences energy transfer routes are revealed, with CBCM relying on intersystem energy transfer and CMBC mainly depending on direct excitation of Mn2+ to produce d-d transitions. Furthermore, since CMBC is temperature-sensitive, we perform the first photoluminescent (PL) lifetime temperature measurement using CBMC and obtain a maximum relative sensitivity of 1.7 %K-1 and an absolute sensitivity of 0.0099 K-1. Our work provides insight into the mechanism of Mn2+ doping-induced luminescence and offers a potentially effective doping strategy for improving the PL properties of lead-free metal halide perovskites.
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