【摘 要】
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铯铜卤化物纳米晶(Cs3Cu2X5(X=Cl、Br、I)NCs)因其高的荧光量子产率(PLQYs)、强的自陷激子发射和有效的斯托克斯位移等优异的光学性能,在光电器件领域受到了广泛的关注。然而,材料存在固有的晶格缺陷和稳定性较差等问题,在一定程度上影响光电器件的性能,限制了Cs3Cu2X5 NCs在荧光传感、分析检测等领域中的广泛应用。因此,制备性能优异、稳定性高的Cs3Cu2X5 NCs具有重要意
【基金项目】
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国家自然科学基金计划项目(No.21904055, 22004055); 福建省自然科学基金计划项目(No.2013J01062, No.2019H4017); 福建省教育厅科技计划项目(No.JK2017032); 漳州市自然科学基金计划项目(No.ZZ2016J30, No.ZZ2019J
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铯铜卤化物纳米晶(Cs3Cu2X5(X=Cl、Br、I)NCs)因其高的荧光量子产率(PLQYs)、强的自陷激子发射和有效的斯托克斯位移等优异的光学性能,在光电器件领域受到了广泛的关注。然而,材料存在固有的晶格缺陷和稳定性较差等问题,在一定程度上影响光电器件的性能,限制了Cs3Cu2X5 NCs在荧光传感、分析检测等领域中的广泛应用。因此,制备性能优异、稳定性高的Cs3Cu2X5 NCs具有重要意义。本文首次采用双钝化技术、深共晶溶剂(DES)为抗溶剂等策略,制备高发光效率、高PLQYs和高稳定性的Cs3Cu2X5 NCs,并成功应用于光电器件、荧光传感和分析检测领域中,实现了对Fe3+、氨气(NH3)的高灵敏度检测。本文的主要研究内容有以下三点:(1)基于双钝化技术制备高发光效率、高PLQYs、高稳定性的Cs3Cu2X5(X=Cl、Br、I)NCs。本章首次使用油酸钾(K-OA)作为钝化剂,OA-作为表面钝化的长链配体,K+用作离子掺杂钝化的碱金属离子,实现了对Cs3Cu2X5 NCs内外缺陷的双钝化。对比未钝化的NCs,双钝化的NCs的PLQYs分别从2.87%、11.6%和49.4%显著提高到31%、69.9%和97.2%。100 h后双钝化的Cs3Cu2Cl5 NCs保持初始荧光(PL)发射效率的63%、100天后Cs3Cu2Br5和Cs3Cu2I5 NCs分别保持65%和97%,获得的NCs表现出高PLQYs和优异的稳定性。此外,将双钝化的Cs3Cu2I5 NCs作为荧光发射体制造了蓝光发光二极管(LED),该LED展现高质量的蓝光发射,表明其在发光器件、激光器等领域具有极大的潜力。(2)基于疏水型、极性可调的新型抗溶剂制备高纯相、高结晶度的Cs3Cu2I5 NCs,并实现对环境水样中Fe3+的高灵敏度检测。本工作首次将采用月桂酸(LA)、癸酸(CA)、三正辛基氧磷(TOPO)制备的DES替代传统抗溶剂(甲苯、异丙醇、甲醇等)合成Cs3Cu2I5 NCs,改善了传统抗溶剂的有毒、极性不可调等问题。对比传统抗溶剂法制备的Cs3Cu2I5 NCs,该方法合成的NCs表现出较高的PLQYs、长荧光寿命以及良好的分散性和稳定性。基于DES的疏水性和对金属离子的强络合能力,将DES作为萃取剂、Cs3Cu2I5 NCs作为荧光探针以构建Fe3+传感器。在一定Fe3+浓度的环境下,Fe3+和Cs3Cu2I5 NCs周围的TOPO之间的强相互作用导致Cs3Cu2I5 NCs的荧光强度降低。因此建立Fe3+浓度和Cs3Cu2I5 NCs的荧光强度的之间关系以实现对环境水样中痕量Fe3+的检测。实验结果表明,所构建的Fe3+传感器获得低的LOD(0.0034 ppm),表现出高的灵敏度和选择性。(3)基于可室温固化的DES制备Cs3Cu2I5-DES膜,构建高选择性、高灵敏度的NH3荧光传感器。本章采用LA、CA单体制备具有丰富羧基官能团的DES,且作为抗溶剂合成高纯相、高结晶度的Cs3Cu2I5 NCs。利用DES在室温可固化的特性,制备了Cs3Cu2I5-DES传感薄膜。在一定NH3浓度的氛围中,Cs3Cu2I5-DES膜上的羧基与NH3发生强烈的质子交换反应,Cs3Cu2I5 NCs的荧光强度明显降低。通过NH3的浓度和Cs3Cu2I5 NCs的荧光强度之间的关系实现了对空气中NH3的高灵敏检测。Cs3Cu2I5 NCs被镶嵌、包覆在DES膜的表面和内部,传感膜具有良好的稳定性和水稳定性。对比传统的NH3荧光传感器,构建的NH3荧光传感器响应时间短,获得低的LOD(0.0012ppm),表现出优异的灵敏度和选择性。本工作解决传统NH3荧光传感选择性差、低灵敏度等问题,拓展了Cs3Cu2I5 NCs在荧光传感领域的应用,为Cs3Cu2X5 NCs检测有毒气体方向提供了新思路。
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