铅卤钙钛矿量子点的稳定性和发光性能研究

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近些年,铅卤钙钛矿材料(CsPb X3,X=Cl、Br、I)凭借其高的缺陷容忍度、光电转换效率和载流子迁移率等特点,成为显示、探测器、光伏等领域中最有竞争力的研究课题之一。钙钛矿量子点凭借其接近100%的量子产率和色纯度高等特点,被寄希望成为下一代柔性器件的材料。另外,铅卤钙钛矿衍生的其它相如六方Cs4PbBr6和四方CsPb2Br5以各种形式被观察到,研究表明这些类钙钛矿具有与结构有关的物理性能,极大地开拓了其在光电、催化、传感等领域的发展潜力。近期有研究指出,CsPb2Br5在改善CsPbBr3的发射寿命、稳定性和提高太阳能电池效率方面发挥了重要作用。Cs4PbBr6也表现出了优异的荧光对比度和可逆性。本文通过改变配体和溶剂极性来改善量子点形貌、组成和稳定性,主要研究内容如下:1、用油酸和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)制备CsPbBr3/CsPb2Br5复合纳米晶。通过改变不良溶剂极性,发现纳米晶形貌从点状转变为片状,相结构也由CsPbBr3/CsPb2Br5转变为CsPb2Br5相,发射光谱与用吸收边计算出的乌尔巴赫能量展现出明显的溶剂极性依赖性,瞬态荧光寿命也有改变。当CsPbBr3/CsPb2Br5相比例约为0.2时,CsPbBr3的量子点嵌入到CsPb2Br5的纳米片中,荧光性能达到最佳。通过此方法制备出了耐极性溶剂的纳米晶,实现了450-600 nm范围内的光谱调控。2、分别用油胺(1)和油酸/油胺(2)制备CsPbBr3量子点。研究配体改变对制备出的量子点的影响。对比发现两者在晶体结构和发光性能上的差异不明显,带隙均为2.34 e V,但(2)制成的薄膜亮度偏低,而(1)薄膜在空气中保存3天亮度不发生变化,但在水中立即发生荧光猝灭。另外,对(1)表面包裹外壳制成CsPbBr3@Si O2量子点(3),发现(3)中量子点的尺寸增加,带隙减小到2.30 e V,发射峰轻微红移。(3)薄膜在空气和水中均能稳定存在。此方法同时改变配体和包裹外壳改善了量子点在空气和水中的稳定性,但正硅酸乙酯的水解造成成膜质量降低。3、不使用配体直接制备Cs4PbBr6微晶。对于通过调控不良溶剂的极性和比例得到的微晶,发现微晶尺寸随氢溴酸含量增加而增加,认为是氢溴酸引起微晶的成核和生长。低极性试剂不利于得到尺寸均匀的微晶,而高极性试剂会加速微晶成核-生长的过程,得到大尺寸且均匀的微晶。微晶的晶体结构没有发生明显的改变,但氢溴酸含量会影响微晶沿(012)面生长。荧光光谱显示小尺寸的微晶荧光强度更高,且衍射峰强度之比与荧光强度的变化相对应,此方法表明了试剂极性影响微晶的生长规律,验证了尺寸和生长取向对荧光性能有重要的作用。
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