基于聚合物纳米反应器的全无机钙钛矿纳米晶的制备及稳定性研究

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作为新兴的发光材料,全无机钙钛矿纳米晶因具有优异的光电性质,而被广泛应用于光电器件领域。然而,光照、氧气、水分等外界环境很容易诱导全无机钙钛矿纳米晶发生降解,稳定性较差。因此,制备高稳定性的全无机钙钛矿纳米晶具有重要意义。本论文设计制备了两种基于聚合物纳米反应器的钙钛矿纳米晶复合材料CsPbBr3 NCCs,并对其稳定性进行了研究。具体研究内容如下:(1)基于SiO2@PAA-b-PS Janus纳米片为聚合物纳米反应器的SiO2@CsPbBr3@PS/OA+OAm NCCs的制备及稳定性研究。首先,以固体颗粒丁四醇(C4H10O4)为模板,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,4-氯甲基苯基三氯硅烷(CMPCS)为改性试剂制备了一侧为硅羟基另一侧为苄基氯基团的SiO2@CH2Cl Janus纳米片,通过两步ATRP聚合和水解,得到了两亲性SiO2@PAA-b-PS Janus纳米片;然后,以SiO2@PAA-b-PS Janus纳米片为纳米反应器,利用钙钛矿前驱体与PAA的相互作用,制备了 SiO2@CsPbBr3@PS NCCs,再通过后加配体的方式(如OA和OAm)得到了具有高PL强度的SiO2@CsPbBr3@PS/OA+OAm NCCs,并研究了其的光、热、水、室温储存以及有机溶剂稳定性。结果表明,SiO2@CsPbBr3@PS/OA+OAm NCCs不仅PL强度高,而且稳定性好,这主要是因为CsPbBr3 NCs表面有疏水性PS的保护,同时配体OA和OAm的加入有效减少了 SiO2@CsPbBr3@PS NCCs的表面缺陷。本方法具有普适性,向SiO2@CsPbBr3@PS NCCs中加入其它配体如APTES、APTMS、CTAB、MPC和NBS也同样能得到具有高PL强度和优异稳定性的CsPbBr3 NCCs。最后,基于 SiO2@CsPbBr3@PS/OA+OAm NCCs制备了具有宽色域且稳定性优异的白色发光二极管(WLED)。(2)基于PDVB-SO3H纳米管为聚合物纳米反应器的PDVB@CsPbBr3@SiO2 NCCs的制备及稳定性研究。首先,将PDVB-SO3H纳米管分散在DMF中,然后加入PbBr2和CsBr,搅拌溶解并使PDVB-SO3H和金属前驱体充分作用得到均一的前驱体溶液;然后,将DMF前驱体溶液迅速加入到含正硅酸甲酯(TMOS)和3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMS)的甲苯溶液中,利用PDVB-SO3H纳米管的磺酸基(-SO3H)与钙钛矿前驱体的相互作用,在纳米管外侧原位生长CsPbBr3 NCs,与此同时,TMOS和APTMS迅速水解在CsPbBr3 NCs表面包覆一层 SiO2,得到了 PDVB@CsPbBr3@SiO2 NCCs,并研究了PDVB@CsPbBr3@SiO2 NCCs的荧光性能和稳定性。结果表明,PDVB@CsPbBr3@SiO2 NCCs的PL强度比参比样品PDVB@CsPbBr3 NCCs显著提高,这是因为TMOS和APTMS形成的SiO2具有保护作用,同时APTMS还可以作为配体有效钝化CsPbBr3 NCs表面。同时,由于PDVB@CsPbBr3@SiO2 NCCs有纳米管和SiO2层的双层保护,其水、光、热、室温储存以及有机溶剂稳定性明显强于参比样品PDVB@CsPbBr3 NCCs和纯 CsPbBr3 NCs。
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