非铅钙钛矿发光材料的开发与研究

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随着材料科学的不断发展,对于光电材料的要求越来越高、越来越多元化,因而关于新型光电转化材料的研究工作进行的如火如荼。其中,钙钛矿材料由于其良好的光电转化性能、低廉的制备成本以及简便的制备方法得到了广泛关注。目前发展较为成熟的钙钛矿研究方向多为铅基钙钛矿,铅基钙钛矿的光电转化性能好、稳定性强,然而由于铅元素具有的毒性容易对生态环境和人体健康造成不可逆的破坏,因此,越来越多的科研工作者开始将工作重心放在了非铅钙钛矿的研发上。本论文提出了两种稳定的新型非铅钙钛矿的制备方法及其动力学研究。本文第一部分工作研究了一种零维有机溴化锡基钙钛矿(C8H17NH3)6SnBr8(CSB-2)的制备及其动力学。锡元素由于与铅元素处于同一主族,因而具有相似的化学性质,被很多研究人员视为替代铅元素的最佳选择。因此目前已经出现了很多围绕锡基钙钛矿的研究,且制备出的材料光电性质往往表现优异。但由于锡基钙钛矿中的正二价锡离子在空气中极易被氧化为正四价锡离子,这也就导致了锡基钙钛矿在空气中的稳定性很差,极易变质。因此,锡基钙钛矿方面的研究取得的可观成果并不多。常见的钙钛矿表现为三维形态。有研究表明,通过掺入大分子有机阳离子,可以降低钙钛矿材料的维度。通过改变掺入的正一价大分子有机阳离子的比例,可以使得钙钛矿材料实现准二维、二维、一维、甚至零维的结构。已有的很多研究证实,降低钙钛矿的维度可以从多方面改变钙钛矿的发光性能,甚至提高稳定性。本文提出了一种稳定的零维(0D)有机溴化锡基钙钛矿(C8H17NH3)6SnBr8,其荧光量子产率(PLQY)接近于1,并使用飞秒瞬态吸收光谱研究了该有机溴化锡基钙钛矿的激发态动力学。本文第二部分工作制备了一种新型的全无机双离子掺杂双钙钛矿单晶,具有独特的发光性质。Cs2NaInCl6具有典型的双钙钛矿结构,通过在该结构的基础上进行掺杂可极大程度改善原双钙钛矿的性质。本文通过在双钙钛矿结构中同时进行不同价态的阳离子掺杂,以制备出不同发光性质以及荧光寿命的双钙钛矿单晶。我们发现在阳离子掺杂比例发生改变后,发生了能量转移,使得制得的双钙钛矿单晶的荧光寿命发生了改变。这证明该种新型的双钙钛矿Cs2AgxNa1-xSbyIn1-yCl6可以通过调整离子的掺入比例来改变发光强度与荧光寿命,并且可以在合适比例下获得稳定的白光。而且在制备过程中我们发现,随着银离子掺入比例的变化,我们可以获得不同色温的白光钙钛矿材料。因此,这种方法制备出的新型双钙钛矿单晶不仅性质稳定、不易变质,而且可以在调控下产生稳定的、可调控色温的白光,具有极大的研究价值。
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