白光发光二极管（WLED）是一种节能且环保的光源，如今在家庭照明、户外照明和汽车照明等领域发挥着重要作用。目前，商业化的 WLED 主要通过组装蓝色 LED 芯片和黄色荧光粉涂层来实现。丰富的蓝光会对眼睛和皮肤组织造成不可逆的光化学损伤，引发干眼症、青光眼、角膜炎、皮肤色素沉着变化和皮肤老化。此外，WLED 中这些发光组件的不同衰减率会导致光谱不稳定。相比之下，具有宽频白光发射的单一成分材料有望解决上述问题，并进一步简化器件制造流程。
在此，研究人员提交了一种新型的碳氮化物材料——具有供体-受体取代结构（DACN）的材料，这种结构有助于提升其光电性能。实现了基于 DACN 的 LED，其具有宽带白光发射、色坐标为（0.34，0.44）以及色温为 5163K。基于 DACN 的 LED 具有 2045 cd m⁻² 的高亮度和 2.2%的高外部量子效率（EQE），其中的光谱检测设备为海洋光学的QEpro。
如图 a 所示，PCN 的透射电子显微镜图像显示了典型的层状堆叠结构。相比之下，由于引入了给体-受体基团，CN 网格的层状排列分裂成了带状结构（图 b）。PCN 和 DACN 的 XRD 光谱在 27.6°处有相同的衍射峰（图 c），这可以归因于共轭芳香体系的（002）石墨状平面。PCN 和 DACN 的 FT-IR 光谱在 1200–1600 和 807 cm^-1 处显示出强烈的振动带（图 1d），分别归因于 CN 异环的伸缩振动和三嗪单元的振动。
图a、b 分别展示了 PCN 和 DACN 的吸收光谱和光致发光（PL）光谱。PCN 在 450 nm附近有一个清晰的吸收峰，并在 420 至 650 nm范围内发光，其 PL 峰位于 462 nm，半峰全宽（FWHM）为 72 nm。相比之下，DACN 的吸收光谱有明显的红移现象，在 470 至 800 nm范围内有一个宽的吸收尾部。相应地，DACN 的 PL 峰红移至 520 nm，FWHM 扩大至 93 nm。PCN 和 DACN 的带隙经计算为 2.79。DACN 在空气、水、150°C 和 450 纳米激发光条件下进行了稳定性测试。图 3c 展示了在 385 纳米紫外线光下 DACN 的功率依赖性 PL 测量。PL 强度随着激发功率的增加而增加。激发功率依赖的光致发光强度在 21.3 至 268.1 μW cm^-2 范围内呈线性关系，斜率为约 1，这证实了 DACN 的激子发光特性（图 d）。
受 DACN 改进的光电性能的启发，本文利用 DACN 作为单一组分发光材料层（EML）来制造了一种电致发光器件（图 a）。该器件的结构如下：ITO/PEDOT: PSS/Poly-TPD/PVK/DACN/TpPyPB/LiF/Al（图 b）。在 697 和 2225 cm^-1 处的伸缩振动分别证实了苯环和氰基的存在，这表明 DACN 薄膜保留了与 DACN 粉末相似的分子结构。随着偏置电压的增加，该器件会发出明亮的白光（图 c）。该器件的电致发光光谱范围在 400 至 800 纳米之间。该器件的电流密度随着偏置电压的增加而增加，在 10 V时最大电流密度达到 275 mA/cm²（图 e），表明该器件具有良好的电子和空穴注入特性。如图 5e、f 所示，基于 DACN 的 LED 显示出最大亮度为 2045 cd/m²和最大 EQE 为 2.2%。
本文设计并合成了一种掺杂-受主集成的碳氮化物材料。通过一系列的实验表征和理论计算，证实了 DACN 的结构、光学和光物理特性。作为单一组分发射器，基于 DACN 的 LED 在亮度和效率方面表现出优异的性能。该 LED 设备能够发出色坐标为（0.34，0.44）且色温为 5163K 的白光，在室内照明方面具有广阔的应用前景。尽管基于 g-CN 的 LED 效率仍需进一步优化，但低成本材料已在 WLED 中展现出有前景的应用。
 
参考文献
1. Wu N, Dai F, Wang K, Wang Y, Wang X, Zhang K, et al. High-performance single-component white light-emitting diodes based on donor-acceptor integrated carbon nitride. Science China Chemistry 2024; 68(3):1136-1143.

 海洋光学QEPro 高性能光谱仪
 
本文研究中所使用的光纤光谱仪QE Pro，不同于传统台式光谱仪，高灵敏度光纤光谱仪体积小巧、灵活、灵敏度高、集成度高，可快速精准实时地进行量子效率与PL光谱检测。
 

• 灵敏度高，适用于常规应用和弱光信号的分析等    
• 动态范围宽，可检测极弱到较强的瞬态发光信号    
• 采用背照式CCD探测器，具有90%的峰值量子效率
• 板载缓存功能确保在高速采集中的数据完整性

可变光强PLQY量子效率测量系统可以搭配使用3.3英寸积分球和相关配件进行测量。以专用软件准确的进行绝对辐射校准以及光致发光期间策略。所有设备小巧灵活，均能以模块化方式进行组装，并搭建在手套箱内。
 
可测参数：

• 亮度
• 色坐标
• 主波长
• 量子效率
• 量子效率随激发功率的曲线
• 辐射通量，电流密度

发光器件光电特性测量系统提供了器件驱动、器件安装、光采样和光传导、光谱和光功率测量等所有涉及的组件。系统包含了以电流驱动控制、温度驱动控制和器件安装组件为核心的解决方案，电流驱动控制器和温度驱动控制都可以提供多种规格，为LD和LED等发光器件的研究提供相匹配的设备支撑。测试软件是基于数据采集通用平台，这将非常便于将LD和LED等发光器件的驱动特性、温度特性与光源的光谱与功率之间的关系通过一个软件平台而表征出来。

应用范围

• 半导体发光器件研究
• 光电材料特性研究
• 激光系统驱动控制
• 控温设备驱动