目前在光伏领域中使用的钙钛矿因其卓越的光电性质而广受研究人员青睐。然而钙钛矿作为一种铅基材料也有其缺点，如具有铅的毒性，而且有机无机混合材料在应用中湿度、温度稳定性都不如纯无机材料等。能否设计一种无铅的纯无机材料，既具有钙钛矿优越的光电性质，又没有铅的毒性，稳定性又优于同类有机材料呢？
近日，中山大学化学学院教授匡代彬课题组在Cell姊妹刊Matter上发表论文称，该课题组构建了一种全无机双金属Cs4MnBi2Cl12钙钛矿单晶，这种锰基材料通过铋离子对锰离子的敏化，实现了25.7%的发光量子效率。
钙钛矿优越的光电性能是靠B位阳离子与卤素阴离子之间的轨道杂化实现的。如果要替代有毒的铅，尝试与铅类似但毒性较低的B位金属元素是可行的思路。匡代彬课题组在非铅材料研究方面做了很多尝试，之前报道的纯铟基钙钛矿有较大的Stokes位移，可以减少自吸收，从而得到较高的发光量子效率。这次一方面是想尝试以前没人做过的双金属钙钛矿，另一方面是想做出高稳定性的纯无机材料。
二价锰离子是一种很优异的发光中心，有大Stokes位移、高发光量子效率，通过调控其配位数和晶体场环境，可以对发光光谱进行调节，通常四配位为绿光发射，六配位为黄到红光发射。然而，掺杂量对发光性能的影响很大，作为杂质的Mn2+在钙钛矿晶体结构中的不确定分布以及多种有机配体的存在，使得对这类体系中电子相互作用的深入研究比较困难。
文章第一作者、中山大学化学学院博士生魏俊华告诉记者，尽管Mn2+是一种很好的发光中心，但锰在具有对称中心的八面体中，同时存在宇称禁阻和自旋禁阻跃迁，难以形成光生激子，因此锰基卤化物材料通常消光系数和发光效率都很低。那么，如何才能增强Mn2+的发光效率以及锰基钙钛矿的光电性能呢？三层结构下锰、铋的光电协同效应。
通过单晶X射线衍射解析晶体结构，他们发现锰铋钙钛矿形成了紧挨着的[BiCl6]3--[MnCl6]4--[BiCl6]3-三层八面体结构。为什么在这种结构下，锰的发光效率提高了呢？原来，[BiCl6]3-八面体在紫外区有强吸收，铋离子可以有效敏化锰离子，从而使得锰中心的发光效率提升。
考虑到其中铋元素对X射线的高消光系数，匡代彬团队将这次新合成的材料应用到医学X射线成像领域。在中山大学校医院的协助下，利用锰铋钙钛矿材料制作的成像膜，在医用X射线的照射下，可以透过外面包裹的塑料外壳，呈现出物体的内部结构。另外，他们将锰铋钙钛矿单晶与商业化蓝光和绿光荧光粉进行混合得到白光荧光粉，再将所得的白光粉与紫外光芯片进行组装得到白光LED，在照明领域也表现出了巨大潜力。