【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】光學(xué)溫度傳感通過監(jiān)測光致發(fā)光強度或熒光壽命等光學(xué)參數(shù)的相關(guān)變化進行溫度探測。然而，基于發(fā)光強度的溫度探針容易受到各種因素的影響，如光源、樣品濃度、光漂白、散射和不同波長的吸收差異等。熒光壽命測溫由于不受上述因素的影響，可以很好地規(guī)避傳統(tǒng)基于熒光強度測溫的局限性。由于有機分子有利于誘導(dǎo)晶體結(jié)構(gòu)趨向于“軟晶格”，有機-無機雜化金屬鹵化物憑借其優(yōu)異的發(fā)光性能成為新型的熒光壽命溫度傳感探針。盡管如此，金屬鹵化物較差的穩(wěn)定性尤其是水穩(wěn)定性極大地限制了其應(yīng)用場景。
 

　　近日，中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所和閩都創(chuàng)新實驗室的陳學(xué)元團隊涂大濤研究員等通過在有機-無機雜化金屬鹵化物中引入疏水有機分子三苯基膦(TPP)，設(shè)計并合成新型Cu(I)基雜化金屬鹵化物TPP3Cu2Br2，開發(fā)了一種水穩(wěn)定性優(yōu)異的熒光壽命溫度探針，實現(xiàn)了基于熒光壽命變化的高靈敏溫度探測。
 

　　團隊以疏水有機分子三苯基膦(TPP)為A位組分，設(shè)計合成了新型有機無機雜化Cu(I) 基金屬鹵化物TPP3Cu2Br2。在紫外光激發(fā)下，材料呈現(xiàn)綠色發(fā)光，量子產(chǎn)率達41.5%。TPP3Cu2Br2的結(jié)構(gòu)會隨著溫度上升而發(fā)生劇烈熱膨脹，由此引入更多的缺陷促使材料的發(fā)光快速猝滅。隨著溫度從280 K升到380 K，發(fā)光強度猝滅至初始值的10.8%，而熒光壽命則縮短至初始值的1.9%。由此計算出的熒光壽命溫度傳感的最大相對靈敏度高達12.8% K-1，為目前非摻雜金屬鹵化物的最高值。此外，通過循環(huán)測試也驗證了其作為溫度探針長期使用的良好穩(wěn)定性(圖1)。
 

　　圖1 (a) TPP3Cu2Br2隨溫度變化的XRD圖；(b-d) TPP3Cu2Br2的溫度依賴光學(xué)性能變化；(e-f) TPP3Cu2Br2的溫度傳感靈敏度和循環(huán)穩(wěn)定性。

 

　　進一步地，研究團隊發(fā)現(xiàn)TPP3Cu2Br2表現(xiàn)出優(yōu)異的水穩(wěn)定性。在水中浸泡15天后，樣品發(fā)光仍保持初始值的97.3%。通過理論計算分析，相比于全無機金屬鹵化物Cs3Cu2Br5，TPP3Cu2Br2展現(xiàn)出更大的接觸角和更小的結(jié)合能，證實其優(yōu)異的水穩(wěn)定性源于TPP 有機基團的保護作用(圖2)。
 

　　圖2 (a-d) TPP3Cu2Br2在水中的穩(wěn)定性；(e-f) Cs3Cu2Br5和TPP3Cu2Br2的接觸角測試與結(jié)合能計算。

 

　　此外，研究團隊還驗證了熒光壽命溫度傳感的精度優(yōu)勢。在不同深度的水環(huán)境中，基于TPP3Cu2Br2發(fā)光強度的測溫誤差隨水深增加急劇增大，在水深10 mm時誤差超過30?C；而TPP3Cu2Br2熒光壽命傳感始終保持約1?C的較小測量誤差，展現(xiàn)其在水環(huán)境中優(yōu)異的測溫準確性(圖3)。
 

　　圖3 (a)不同深度水環(huán)境中的溫度傳感示意圖；(b-c) TPP3Cu2Br2在不同深度水環(huán)境中熒光壽命和熒光強度變化；(d-e)基于熒光壽命和熒光強度的溫度傳感誤差值。

 

　　該工作通過在有機-無機雜化金屬鹵化物體系中引入疏水性三苯基膦(TPP)配體，成功構(gòu)筑了兼具水環(huán)境穩(wěn)定性和溫度響應(yīng)靈敏性的金屬鹵化物TPP3Cu2Br2，這一研究結(jié)果不僅為水下微區(qū)溫度場的實時監(jiān)測與空間分布解析提供了新思路，也為發(fā)展面向智能傳感應(yīng)用的高穩(wěn)定性金屬鹵化物材料開辟了新路徑。
 

　　相關(guān)研究成果以“Luminescence Lifetime Thermometers Based on Hybrid Cuprous Halides with Exceptional Water Resistance and Giant Thermal Expansion”為題2025年6月24日發(fā)表在光學(xué)旗艦期刊《光：科學(xué)與應(yīng)用》(Light Sci. Appl.2025,14,224)。論文的第一作者是中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所/上海科技大學(xué)聯(lián)培博士研究生李忱亮，中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所陳學(xué)元研究員、涂大濤研究員和福建師范大學(xué)汪路平副教授為本文的共同通訊作者。
 

　　此前，陳學(xué)元團隊在金屬鹵化物鈣鈦礦材料的光學(xué)性能設(shè)計方面取得了系列重要進展。例如，開發(fā)了具有藍光/近紅外雙波段自限激子發(fā)射的Cs2NaScCl6稀土基雙鈣鈦礦材料(ACS Energy Lett.2025,10,2150-2159)，通過Na/Ag合金化策略對Cs2AgBiCl6:Yb/Er雙鈣鈦礦材料進行局域結(jié)構(gòu)調(diào)控，實現(xiàn)了稀土離子近紅外高效發(fā)光(Angew. Chem. Int. Ed.2022,61,e202205276)；利用Cs2NaInCl6:Yb/Er雙鈣鈦礦的Cl-Yb電荷轉(zhuǎn)移躍遷敏化增強了Yb3+/Er3+的近紅外光發(fā)光(Adv. Sci.2022,9,2203735)。