相对光谱能量分布

低能量边缘光致发光的研究对提高Ruddlesden-Popper钙钛矿太阳能电池效率有着十分重要的影响和意义。然而对其机制的研究却一直面临着巨大挑战：（1）材料的结构难以确定；（2）理论模型与观测结果始终不一致。因此，寻找可靠、有效的表征手段对于揭示相关机制有着至关重要的意义。红外光谱对于有机物的变化十分敏感，在有效探知电池材料的分布变化方面具有天然的优势。近期，Photothermal Spectroscopy Corp公司研发推出的新一代的非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统-mIRage在此研究中脱颖而出，该技术采用激光探针，能够对样品的表面实行非接触式光热红外探测，具备亚微米的空间分辨率并且无边缘散射问题。近日，电子科技大学王志明教授课题组与Photothermal Spectroscopy Corp公司合作，使用新一代的非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统-mIRage研究MAPbBr3在(BA)2(MA)2Pb3Br板边缘的分布情况。在此项研究中，所测试的(BA)2(MA)2Pb3Br10和MAPbBr3之间缺少BA，使其红外光谱有显著差异；同时无论是BA缺陷，还是BA对MA的比例都已有使用FTIR光谱研究的报道，因此具备良好的实验基础。进一步使用O-PTIR技术进行非接触式探测，有效避免了样品高度，探针污染所带来的问题，使得结果更加。通过使用mIRage的测量（图1），能够观测到随着BA含量的降低，~1580 cm-1处的峰相对强度减小，峰值伴随着向1585 cm-1的峰值偏移。这主要是由于(BA)2(MA)2Pb3Br10在1580 cm-1附近有两个涉及NH3振动的红外吸收带:分别为1575 cm-1处(BA+)和1585 cm-1处(MA+)。当BA含量降低时，1575 cm-1处的带强度降低，导致峰值强度在约1580 cm-1处降低，并伴随向1585 cm-1偏移。在测试中观测到的另外一个现象为~1480 cm-1与~1580 cm-1的相对强度比增大，这是由于1478 cm-1的振动(CH3振动)仅与MA+相关，因此~1480 cm-1的强度没有变化，而1580 cm-1却由于BA含量降低而降低，导致比值的降低。上述结果清晰地显示了MAPbBr3在(BA)2(MA)2Pb3Br板边缘的组成分布情况。由此可见，mIRage 的O-PTIR技术在电池低能量边缘光致发光的研究中有十分理想的效果，具应用前景。图1. O-PTIR观测边缘的MAPbBr3的红外光谱信息。(a)(BA)2(MA)n-1 bn br3n+1(n = 1，2，3，∞)钙钛矿的红外光谱。（b-c）(BA)2(MA)2Pb3Br10和MAPbBr3的中MA+分子在1480 cm-1 (b)和BA+分子 1580 cm-1 (c)的图谱；(d) (BA)2(MA)2Pb3Br10的PL图像。(e)在(d)中所示的中心区域和边缘的红外光谱图参考文献：[1] Zhaojun Qin, Shenyu Dai et al., Spontaneous Formation of 2D/3D Heterostructures on the Edges of 2D Ruddlesden-Popper Hybrid Perovskite Crystals, Chemistry of Materials, DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c00419.产品信息：非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统：https://www.instrument.com.cn/netshow/C363244.htm

作者：陈庆彩通讯作者：章炎麟通讯单位：陕西科技大学环境科学与工程学院、南京信息工程大学耶鲁大学-南京信息工程大学大气环境中心doi: 10.1029/2019JD031149成果简介近日，陕西科技大学陈庆彩研究团队与南京信息工程大学章炎麟研究团队联合研究并在Journal of Geophysical Research-Atmospheres上发表了题为“Size-resolved characterization of the chromophores in atmospheric particulate matter from a typical coal-burning city in China”的研究论文，报道了大气颗粒物中发色团的粒径分布特征。研究人员利用激发发射矩阵（EEM）光谱和平行因子（PARAFAC）分析了大气颗粒物中水溶性和水不溶性发色团的光学性质，描述了大气颗粒物中发色团种类和含量的粒径分布特征，增加了对气溶胶中发色团物质理化特征及其来源的认知。全文速览研究分析了山西临汾地区2017年夏、冬季不同粒径的气溶胶颗粒中发色团的吸光特征（UV-Vis光谱）以及荧光特征（EEM光谱）分别与颗粒物粒径之间的关系。不同粒径颗粒物的萃取液的总吸光度（Abs）和荧光体积(FV)随颗粒物粒径增大而减小，表明小粒径颗粒物对光吸收和光化学反应具有更大贡献。同时，相较于水溶性发色团，水不溶性发色团的总吸光度（Abs）和荧光体积(FV)达到了水溶性发色团的2-8倍。研究过程引言棕色碳（BrC）是气溶胶中具有吸收可见光能力的典型有机物质，其对地球温室效应具有潜在贡献，同时对光化学反应具有潜在的驱动效应。因此，了解这些发色团的来源和形成机制，并定量评估它们对地球大气中辐射强迫和大气中非均匀化学反应的影响，是表征这些发色团物理化学特征的必要条件。已经有研究指出了不同粒径的发色团物质的来源与吸光特性的差异，然而目前并未有通过EEM方法研究不同粒径大气颗粒中发色团的光学特性。本研究研究了大气颗粒物中水溶性和水不溶性发色团的粒径分布特征，比较了冬夏样品的光学性质（光吸收和荧光）的差异，同时探讨了光吸收与荧光性质的关系，以及光学性质与多环芳烃、有机碳和EC的相关性。图文导读通过不同性的溶剂萃取，获得不同粒径颗粒物的波长依赖指数（MAE365）、标准荧光体积（NFV）等变化趋势。Figure 1.Particle size and seasonal distributions of mass absorption efficiency at 365 nm (MAE365) and the NFV for WSM (a, c, e) and MSM (b, d, f). Panels (e) and (f) represents the average value of MAE and NFV in summer and winter respectively for WSM and MSM extracts.研究发现，夏季以及冬季的颗粒物中，水溶性以及水不溶性发色团的波长依赖指数（MAE365）、标准荧光体积（NFV）与粒径的关系特征均表现出相同趋势，即波长依赖指数（MAE365）以及标准荧光体积（NFV）均随粒径增大而减小。 由于多环芳烃可能是水不溶性组分中重要的光吸收和荧光物质，因此，本研究定量了7种多环芳烃对水不溶性组分的光吸收贡献。Figure 2. The average UV?visible absorbance spectra of MSM and the calculated UV?visible absorbance spectra of the selected PAHs (a and b), and the relative contributions of the selected PAHs to the total light absorption by MSM (c and d).结果表明，在280-550 nm范围内，多环芳烃对光吸收的贡献不超过7%，说明水不溶性发色团的成分复杂，在UV-Vis波段，多环芳烃并不是对光吸收的主要贡献物质。同时，在430 nm处，多环芳烃对光吸收贡献大，该物质可能是苯并芘。 通过PARAFAC模型得到了5种发色团的三维荧光光谱截面图。Figure 3. The PARAFAC model-resolved EEM components (C1, C2, C3, C4 and C5) for all of the aerosol extracts (n = 396) with the solvents water and methanol and extracted from different particle size samples.对获得的三维荧光光谱图通过平行因子矩阵分析（PARAFAC）得到5种不同发色团图谱，推测C1-C5发色团依次可能为HULIS-1物质、类色氨酸物质、HULIS-2物质、类络氨酸物质以及其它类氨基酸组分。 同时，研究了不同季节、不同粒径以及不同性溶剂萃取的条件下，不同发色团组分的相对贡献。Figure 4. Size-resolved distributions of the EEM components for winter samples (a and e) and summer samples (b and f) of WSM and for winter samples (c and g) and summer samples (d and h) of MSM.HULIS-1和类氨基酸组分在所有样品中占比高，相对含量分别为38%和31%。类酪氨酸组分占比低，平均含量仅4%；并且发色团含量特征随季节变化显著。小结该工作重点揭示了大气颗粒物中发色团的粒径分布特征，解释了小粒径颗粒物往往伴随更大的光吸收和光化学反应性贡献。这项工作从粒径分布角度阐述了气溶胶中的发色团特征，建议在未来的大气模型中，发色团的粒径分布以及性特征是光吸收以及光化学反应的重要考虑因素。课题组介绍 陈庆彩陈庆彩，男，山东人，博士，副教授，博士生导师。毕业于日本名古屋大学，取得理学博士学位。陕西省“百人计划”，陕西科技大学大气污染控制团队负责人，名古屋大学特邀教员，日本大气化学学会会员，ES&T等环境领域权威期刊审稿人。主要研究方向为气溶胶化学，包括大气棕碳（BrC）、长寿命自由基（EPFRs）等。参与和主持中国国家自然科学基金等十余项科研项目；已在ES&T等自然指数期刊一作发表9篇，其它学术论文20余篇；获得国家和软件注册权10余项。ORCID：http://orcid.org/0000-0001-7450-0073??个人主页：https://hj.sust.edu.cn/info/1015/1394.htm章炎麟，男，浙江杭州人，博士，教授，博士生导师。耶鲁大学-南信大大气环境中心大气化学与同位素研究团队负责人，入选“国家海外引才计划”青年学者，江苏省特聘教授，曾任日本学术振兴会（JSPS）外国人特别研究员。主要研究方向为大气化学、环境地球化学等。在国际著名期刊（包括Nature、ACP、EST、JGR和AE等）共发表SCI论文64篇（一作/通讯作者论文35篇），4篇学术论文入选ESI高被引论文。主持或作为科研骨干参加科技部和自然科学基金委等多项科研项目。同时担任环境科学、大气科学和地球化学等领域30余种SCI期刊（包括Nature）审稿人。??个人主页：https://www.researchgate.net/profile/Yanlin_Zhan HORIBA Optical SchoolHORIBA一直致力于为用户普及光谱基础知识，旗下的JobinYvon更有着200年的光学、光谱经验，HORIBA非常乐意与大家分享这些经验，为此特创立Optical School（光谱学院）。无论是刚接触光谱的学生，还是希望有所建树的研究者，都能在这里找到适合的资料及课程。 HORIBA希望通过这种分享方式，使您对光学及光谱技术有更系统、全面的了解，不断提高仪器使用水平，解决应用中的问题，进而提升科研水平，更好地探索未知世界。点击阅读原文，了解更多论文信息。

作者：陈庆彩通讯作者：章炎麟通讯单位：陕西科技大学环境科学与工程学院、南京信息工程大学耶鲁大学-南京信息工程大学大气环境中心doi: 10.1029/2019JD031149近日，陕西科技大学陈庆彩研究团队与南京信息工程大学章炎麟研究团队联合研究并在Journal of Geophysical Research-Atmospheres上发表了题为“Size-resolved characterization of the chromophores in atmospheric particulate matter from a typical coal-burning city in China”的研究论文，报道了大气颗粒物中发色团的粒径分布特征。研究人员利用激发发射矩阵（EEM）光谱和平行因子（PARAFAC）分析了大气颗粒物中水溶性和水不溶性发色团的光学性质，描述了大气颗粒物中发色团种类和含量的粒径分布特征，增加了对气溶胶中发色团物质理化特征及其来源的认知。研究分析了山西临汾地区2017年夏、冬季不同粒径的气溶胶颗粒中发色团的吸光特征（UV-Vis光谱）以及荧光特征（EEM光谱）分别与颗粒物粒径之间的关系。不同粒径颗粒物的萃取液的总吸光度（Abs）和荧光体积(FV)随颗粒物粒径增大而减小，表明小粒径颗粒物对光吸收和光化学反应具有更大贡献。同时，相较于水溶性发色团，水不溶性发色团的总吸光度（Abs）和荧光体积(FV)达到了水溶性发色团的2-8倍。棕色碳（BrC）是气溶胶中具有吸收可见光能力的典型有机物质，其对地球温室效应具有潜在贡献，同时对光化学反应具有潜在的驱动效应。因此，了解这些发色团的来源和形成机制，并定量评估它们对地球大气中辐射强迫和大气中非均匀化学反应的影响，是表征这些发色团物理化学特征的必要条件。已经有研究指出了不同粒径的发色团物质的来源与吸光特性的差异，然而目前并未有通过EEM方法研究不同粒径大气颗粒中发色团的光学特性。本研究研究了大气颗粒物中水溶性和水不溶性发色团的粒径分布特征，比较了冬夏样品的光学性质（光吸收和荧光）的差异，同时探讨了光吸收与荧光性质的关系，以及光学性质与多环芳烃、有机碳和EC的相关性。通过不同性的溶剂萃取，获得不同粒径颗粒物的波长依赖指数（MAE365）、标准荧光体积（NFV）等变化趋势。Figure 1.Particle size and seasonal distributions of mass absorption efficiency at 365 nm (MAE365) and the NFV for WSM (a, c, e) and MSM (b, d, f). Panels (e) and (f) represents the average value of MAE and NFV in summer and winter respectively for WSM and MSM extracts.研究发现，夏季以及冬季的颗粒物中，水溶性以及水不溶性发色团的波长依赖指数（MAE365）、标准荧光体积（NFV）与粒径的关系特征均表现出相同趋势，即波长依赖指数（MAE365）以及标准荧光体积（NFV）均随粒径增大而减小。由于多环芳烃可能是水不溶性组分中重要的光吸收和荧光物质，因此，本研究定量了7种多环芳烃对水不溶性组分的光吸收贡献。Figure 2. The average UV?visible absorbance spectra of MSM and the calculated UV?visible absorbance spectra of the selected PAHs (a and b), and the relative contributions of the selected PAHs to the total light absorption by MSM (c and d).结果表明，在280-550 nm范围内，多环芳烃对光吸收的贡献不超过7%，说明水不溶性发色团的成分复杂，在UV-Vis波段，多环芳烃并不是对光吸收的主要贡献物质。同时，在430 nm处，多环芳烃对光吸收贡献大，该物质可能是苯并芘。通过PARAFAC模型得到了5种发色团的三维荧光光谱截面图。Figure 3. The PARAFAC model-resolved EEM components (C1, C2, C3, C4 and C5) for all of the aerosol extracts(n = 396) with the solvents water and methanol and extracted from different particle size samples.对获得的三维荧光光谱图通过平行因子矩阵分析（PARAFAC）得到5种不同发色团图谱，推测C1-C5发色团依次可能为HULIS-1物质、类色氨酸物质、HULIS-2物质、类络氨酸物质以及其它类氨基酸组分。同时，研究了不同季节、不同粒径以及不同性溶剂萃取的条件下，不同发色团组分的相对贡献。Figure 4. Size-resolved distributions of the EEM components for winter samples (a and e) and summer samples (b and f) of WSM and for winter samples (c and g) and summer samples (d and h) of MSM.HULIS-1和类氨基酸组分在所有样品中占比高，相对含量分别为38%和31%。类酪氨酸组分占比低，平均含量仅4%；并且发色团含量特征随季节变化显著。该工作重点揭示了大气颗粒物中发色团的粒径分布特征，解释了小粒径颗粒物往往伴随更大的光吸收和光化学反应性贡献。这项工作从粒径分布角度阐述了气溶胶中的发色团特征，建议在未来的大气模型中，发色团的粒径分布以及性特征是光吸收以及光化学反应的重要考虑因素。 HORIBA Optical SchoolHORIBA一直致力于为用户普及光谱基础知识，旗下的JobinYvon更有着200年的光学、光谱经验，HORIBA非常乐意与大家分享这些经验，为此特创立Optical School（光谱学院）。无论是刚接触光谱的学生，还是希望有所建树的研究者，都能在这里找到适合的资料及课程。 HORIBA希望通过这种分享方式，使您对光学及光谱技术有更系统、全面的了解，不断提高仪器使用水平，解决应用中的问题，进而提升科研水平，更好地探索未知世界。