PbXOH(X=Cl,Br,I)基新型荧光材料的合成及其对钙钛矿量子点稳定性的研究

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PbXOH(X=Cl,Br,I)因其独特的半导体光学特性和类钙钛矿结构而受到广泛关注,有望成为一类新型的荧光材料。同时PbBrOH可以实现对钙钛矿量子点的包覆进而改善铅基钙钛矿稳定性差的问题。因此,PbXOH在照明显示领域具有很大的研究潜力。目前虽有对PbXOH光谱特征的表述,但鲜有合成PbXOH荧光粉的报道,PbBrOH包覆量子点的研究也有待进一步深入。本文围绕PbXOH荧光材料,采用水热法成功合成了具有优异发光的Cu+掺杂PbXOH红色荧光粉,并以PbBrOH包覆钙钛矿量子点制备了稳定性良好的核/壳结构荧光材料。具体研究内容如下:(1)采用水热法合成了具有透明针状晶粒形貌的PbBrOH:Cu红色荧光粉。Cu+在PbBrOH基体中分散良好。通过对PbBrOH掺杂前后的第一性原理以及带隙的计算得知,Cu+的加入显著降低了PbBrOH的带隙宽度并引起了缺陷能级的产生,促进了电子在能带隙之间的跃迁。荧光粉的最佳激发波长为353 nm,最佳发射波长为681 nm,荧光寿命为0.583μs,内量子产率和外量子产率分别为44.5%和34.5%。对PbBrOH:Cu荧光粉进行的稳定性测试显示:该荧光粉具有良好的热稳定性、热循环稳定性、有机溶剂稳定性,水中的稳定性优于商用的Gd2O3:Eu红色荧光粉;用PbBrOH:Cu荧光粉组装的LED灯珠具有良好的红色发光性能,且在工作状态下具有良好的稳定性。采用相同的工艺制备了PbIOH:Cu和PbCl OH:Cu荧光粉,产物均呈现透明的针状。PbIOH:Cu荧光粉的最佳激发波长为380 nm,最佳发射波长为620 nm,荧光寿命为5.57μs,同样具有良好的热稳定性,组装的LED灯珠表现出良好的红色发光性能。PbCl OH:Cu最佳激发波长为378 nm,最佳发射波长为698 nm,荧光寿命为2.60μs。(2)室温下合成了CsPbBr3@PbBrOH-1(Cs-1),并通过水诱导成功合成了CsPbBr3@PbBrOH-2(Cs-2)。Cs-2的形貌呈现棒状,水诱导促进了CsPbBr3向PbBrOH的转化,有效地将未接触水分子的CsPbBr3进行了严密的包覆。被PbBrOH包覆的CsPbBr3量子点晶格条纹清晰、具有良好的晶体结构,表现出良好的结晶性。在367 nm激发下,Cs-1和Cs-2分别在520 nm和519 nm处呈现优异的绿光发射。Cs-2的寿命为1.55 ns,略长于Cs-1的1.31 ns。PbBrOH对CsPbBr3的包覆极大提高了量子点的稳定性。Cs-2表现出优异的极性溶剂稳定性、光稳定性、热稳定性和热循环稳定性。除此之外,采用相同的工艺合成了MAPbBr3@PbBrOH-2(MA-2)和FAPbBr3@PbBrOH-2(FA-2),其微观形貌与Cs-2基本一致。MA-2和FA-2同样呈现优异的绿光发射和极性溶剂稳定性。
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