高效发光卤化锡铯钙钛矿晶体的可控合成及生长动力学研究

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全无机卤化物钙钛矿纳米晶由于具有独特的光电子特性而成为了一个蓬勃发展的研究领域。近年来,大多数的研究都集中在卤化铅铯(CsPbX3)纳米晶上并已经取得了令人满意的进展,但由于铅的毒性限制了大规模商业应用。卤化锡铯(CsSnX3)纳米晶由于不含有剧毒元素和有吸引力的光物理特性迅速成为了研究的热点。迄今为止,已经开发几种化学方法用于获得CsSnX3纳米晶,并且还采用了一些配体工程策略来提高它们的稳定性。然而,在合成化学方面取得的成功有限,特别是在提高发光效率方面进展甚微。更重要的是,仍然缺乏对如何调节CsSnX3纳米晶生长动力学的基本认识,特别是配体在影响其生长动力学中的作用仍未完全了解。因此,寻求合成高质量CsSnX3纳米晶的策略并研究其生长动力学具有重要意义。此外,关于CsSnI3纳米晶的研究最常用的合成方法是高温热注射法,该法具有生产成本高,重复性差,产率低等缺点,使其不能很好地满足商业化应用。因此,寻找出一种简便、低成本、重复性好的合成方法并探索影响CsSnI3晶体的光学性能的关键因素以获得高效发光CsSnI3晶体对于后续的应用具有指导性意义。综上所述,本论文旨在:1)寻求合成高效发光CsSnX3纳米晶的通用方法并研究其生长动力学;2)寻找出一种简便、低成本的室温法合成高发光的CsSnI3晶体,并探索影响CsSnI3晶体的结构与光学性能的关键因素。具体研究结果如下:首先,报告了一种合成胶体CsSnX3纳米晶的通用方法。该合成方法依赖于油酸(OA)、油胺(OAm)和磷脂酰胆碱配体的组合,这能够深入了解封端配体在影响CsSnX3纳米晶生长动力学中的作用。研究证明,在反应中引入少量的两性离子磷脂酰胆碱对于调节CsSnX3纳米晶的生长动力学至关重要,否则只会导致大尺寸粉末的形成。基于一系列实验表征,我们提出磷脂酰胆碱可以与前驱体之间形成中间复合物以及磷脂酰胆碱支链脂肪酸侧链的空间位阻效应可以调节CsSnX3的生长动力学,从而获得高效发光的CsSnX3纳米晶。该工作可能会激发更多关于合成高质量锡基钙钛矿纳米晶的研究,从而加速其在光电器件中的应用。其次,报告了一种简便、低成本、重复性好的方法合成CsSnI3晶体的策略。即选择碘化铯,三甲基碘硅烷,2-乙基己酸亚锡作为前驱体,在油酸和油胺作为配体的存在下通过改进的室温反溶剂法制备发光效率高达13.71%的CsSnI3晶体。并通过改变不同合成条件,结合一系列表征手段来探索合成参数对CsSnI3晶体结构与光学性质的影响。该研究可以为设计和合成用于光电应用的高质量CsSnX3纳米晶提供有价值的指导。
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