背景介绍
能源危机作为一个全球性的重大挑战，正深刻影响着每一个国家和地区。据调查数据显示，全球范围内约有20%的电力被用于照明需求。值得注意的是，这些光源不仅能为人们创造舒适的室内照明环境，还能通过先进的室内光伏（IPV）技术转化为新的能源，为其他电力需求提供支持。光源的质量在此过程中扮演着至关重要的角色，它不仅直接影响IPV设备的性能表现，还会对人眼的舒适度产生显著影响。因此，积极开发高质量的WLED（白色发光二极管）器件，无疑具有深远的意义。
在众多报道的荧光粉中，卤化铅钙钛矿因其卓越的光学性能而备受瞩目，一度在荧光领域大放异彩。然而，随着绿色化学和环境保护理念的深入人心，铅离子的毒性问题日益凸显，成为制约铅基钙钛矿广泛应用的一大瓶颈。铅离子对水的污染以及对周围环境和人类健康的潜在威胁，使得人们迫切寻求无害或低危害的替代品。这一需求催生了一个新的研究前沿——无铅钙钛矿材料的研发与应用。
成果简介
本文基于DFT计算，通过功能基序，成功构建了高性能的CsGeBr3:Ln3+WLED。镧系离子掺杂后，CGB的发光稳定性显著增强，表明镧系离子的掺入有效地抑制了荧光淬灭和非辐射捕获。计算出Ce3+和Eu3+离子的临界距离分别为~1.8和1.1nm。为了进一步提高发光稳定性，使用3D打印技术在发光材料的表面涂覆一层光敏树脂。打印样品放置6个月后的发光强度和光谱形状与6个月前没有区别，表明通过树脂包覆，样品发光稳定性大大提高。基于DFT计算和高通量技术，通过功能基序，成功构建了具有优异色彩质量、良好视觉性能和理想CCT的超稳定CsGeBr3:Ln3+WLED。最佳样品的显色指数（Ra）高达96，CIE坐标为（0.3207，0.3285），CCT为6083 K。在WLED器件发出的光照射下，太阳能电池被有效激发并输出稳定的光电信号。这项工作为结合3D打印技术和机器学习方法来解决铅基钙钛矿材料的毒性、以及无铅钙钛矿发光效率和稳定性问题提供了新的见解和想法。
图文导读
图 1 (a) CsGe0.9Ce0.1Br3、(b) CsGe0.8Ce0.2Br3、(c) CsGe0.9Eu0.1Br3、(d) CsGe0.8Eu0.2Br3、(e) CsGe0.8Ce0.1Eu0.1Br3的功能基序和电荷密度差。（f-h）由功能基序组成的优化CsGe0.8Ce0.1Eu0.1Br3周期结构。（i）CsGe0.9Ce0.1Br3和（j）CsGe0.9Eu0.1Br3的能带结构。（k-n）WLED性能的高通量计算。图示为CsGeBr3Ce和Eu3+离子的发射。
图2（a） CGB:15%Eu在不同激发波长下的发射光谱和色坐标。（b） CGB:15%Eu在储存60天前后的发射光谱（λex=330nm）和色坐标。（c）通过调节CGB:3%Ce和MOF:Eu的比例，所得到WLED器件的光谱和相应的色坐标。（d） LED-F器件在不同电压下的光谱和相应的色坐标。插图是电压为3.1 V的相应照片。发光和相应的发光强度随紫外线照射时间和温度而变化，（e，f）CGB:3%Ce@MOF:Eu和（g，h）LED-F器件。
作者简介
王国凤，女，1975年出生，博士，二级教授、博/硕士生导师，教育部新世纪优秀人才、省课程思政团队带头人。现任黑龙江大学化学化工与材料学院分析化学学科硕士生导师、资源化学博士生导师。2008年提前毕业于吉林大学并获得微电子学与固体电子学专业博士学位。2009-2010年在清华大学大学开展稀土纳米材料方面的博士后研究工作。现受聘为中国化学会高级会员、黑龙江省化学会理事。担任“Current Chinese Science”的国际刊物编委。主要从事稀土纳米功能材料研究领域。主持承担项目7项，共获省科技奖三等奖1项、中国授权发明专利20项。作为第1或通讯作者，至今已在J. Am. Chem. Soc.和Angew. Chem. Int. Ed.等上发表SCI论文80余篇，其中ESI TOP论文3篇。被SCI论文引用4000余次，个人SCI H因子31等。研究论文多次被X-MOL等学术媒体和交流平台重点推介。
文章信息
Tian Z, Li K, Yu J, et al. Lead-free germanium halide perovskite WLEDs with enhanced luminescence efficiency and ultra-stability through atomic-level regulation and resin encapsulating by 3D printing. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907058.
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