光学温度传感通过监测光致发光强度或荧光寿命等光学参数的相关变化进行温度探测。然而，基于发光强度的温度探针容易受到各种因素的影响，如光源、样品浓度、光漂白、散射和不同波长的吸收差异等。荧光寿命测温由于不受上述因素的影响，可以很好地规避传统基于荧光强度测温的局限性。由于有机分子有利于诱导晶体结构趋向于“软晶格”，有机-无机杂化金属卤化物凭借其优异的发光性能成为新型的荧光寿命温度传感探针。尽管如此，金属卤化物较差的稳定性尤其是水稳定性极大地限制了其应用场景。
近日，中国科学院福建物质结构研究所和闽都创新实验室的陈学元团队涂大涛研究员等通过在有机-无机杂化金属卤化物中引入疏水有机分子三苯基膦(TPP)，设计并合成新型Cu(I)基杂化金属卤化物TPP3Cu2Br2，开发了一种水稳定性优异的荧光寿命温度探针，实现了基于荧光寿命变化的高灵敏温度探测。
团队以疏水有机分子三苯基膦(TPP)为A位组分，设计合成了新型有机无机杂化Cu(I) 基金属卤化物TPP3Cu2Br2。在紫外光激发下，材料呈现绿色发光，量子产率达41.5%。TPP3Cu2Br2的结构会随着温度上升而发生剧烈热膨胀，由此引入更多的缺陷促使材料的发光快速猝灭。随着温度从280 K升到380 K，发光强度猝灭至初始值的10.8%，而荧光寿命则缩短至初始值的1.9%。由此计算出的荧光寿命温度传感的最大相对灵敏度高达12.8% K-1，为目前非掺杂金属卤化物的最高值。此外，通过循环测试也验证了其作为温度探针长期使用的良好稳定性(图1)。
图1 (a) TPP3Cu2Br2随温度变化的XRD图；(b-d) TPP3Cu2Br2的温度依赖光学性能变化；(e-f) TPP3Cu2Br2的温度传感灵敏度和循环稳定性。
进一步地，研究团队发现TPP3Cu2Br2表现出优异的水稳定性。在水中浸泡15天后，样品发光仍保持初始值的97.3%。通过理论计算分析，相比于全无机金属卤化物Cs3Cu2Br5，TPP3Cu2Br2展现出更大的接触角和更小的结合能，证实其优异的水稳定性源于TPP 有机基团的保护作用(图2)。
图2 (a-d) TPP3Cu2Br2在水中的稳定性；(e-f) Cs3Cu2Br5和TPP3Cu2Br2的接触角测试与结合能计算。
此外，研究团队还验证了荧光寿命温度传感的精度优势。在不同深度的水环境中，基于TPP3Cu2Br2发光强度的测温误差随水深增加急剧增大，在水深10 mm时误差超过30C；而TPP3Cu2Br2荧光寿命传感始终保持约1C的较小测量误差，展现其在水环境中优异的测温准确性(图3)。
图3 (a)不同深度水环境中的温度传感示意图；(b-c) TPP3Cu2Br2在不同深度水环境中荧光寿命和荧光强度变化；(d-e)基于荧光寿命和荧光强度的温度传感误差值。
该工作通过在有机-无机杂化金属卤化物体系中引入疏水性三苯基膦(TPP)配体，成功构筑了兼具水环境稳定性和温度响应灵敏性的金属卤化物TPP3Cu2Br2，这一研究结果不仅为水下微区温度场的实时监测与空间分布解析提供了新思路，也为发展面向智能传感应用的高稳定性金属卤化物材料开辟了新路径。
相关研究成果以“Luminescence Lifetime Thermometers Based on Hybrid Cuprous Halides with Exceptional Water Resistance and Giant Thermal Expansion”为题2025年6月24日发表在光学旗舰期刊《光：科学与应用》(Light Sci. Appl.2025,14,224)。论文的第一作者是中国科学院福建物质结构研究所/上海科技大学联培博士研究生李忱亮，中国科学院福建物质结构研究所陈学元研究员、涂大涛研究员和福建师范大学汪路平副教授为本文的共同通讯作者。
此前，陈学元团队在金属卤化物钙钛矿材料的光学性能设计方面取得了系列重要进展。例如，开发了具有蓝光/近红外双波段自限激子发射的Cs2NaScCl6稀土基双钙钛矿材料(ACS Energy Lett.2025,10,2150-2159)，通过Na/Ag合金化策略对Cs2AgBiCl6:Yb/Er双钙钛矿材料进行局域结构调控，实现了稀土离子近红外高效发光(Angew. Chem. Int. Ed.2022,61,e202205276)；利用Cs2NaInCl6:Yb/Er双钙钛矿的Cl-Yb电荷转移跃迁敏化增强了Yb3+/Er3+的近红外光发光(Adv. Sci.2022,9,2203735)。
