CsPbX3/Cs4PbX6全无机钙钛矿的制备及性能研究

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以CsPbX3为代表的全无机钙钛矿材料具有可调的带隙,高色纯度,高的PL及高的量子产率,被认为是下一代照明和显示的有前途的热门材料。Cs4PbX6是一种类钙钛矿材料,具有优异的光学性能以及出色的稳定性。CsPbX3/Cs4PbX6钙钛矿复合材料结合了CsPbX3优越的发光性能和Cs4PbX6更好的稳定性,得到了越来越多的关注。尽管已经有许多关于钙钛矿材料的发光性能的报道,但是快速高质量合成仍然具有挑战。本文利用过饱和重结晶法和优化后的反溶剂蒸汽辅助法快速合成了高质量的CsPbX3/Cs4PbX6复合微晶,此外,通过溶剂配体温度等实验参数的优化,研究了CsPbX3/Cs4PbX6复合微晶的生长机制和发光性能,本文的研究内容如下:1、使用过饱和重结晶法制备了CsPbBr3/Cs4PbBr6复合微晶,通过微结构表征发现,微晶是由大尺寸Cs4PbBr6包裹小尺寸的CsPbBr3生长,形成独特的镶嵌结构。通过控制溶剂DMF与DMSO的添加比例发现,随着DMSO含量的增加,微晶的尺寸在逐渐增大,CsPbBr3的含量也随之增加,当DMF为5 m L时合成的产物具有最佳的荧光性质。其次,研究了反溶剂的极性对产物的影响发现,随着反溶剂极性的增大,微晶的尺寸逐渐增大,形貌结构也发生改变,使用二氯甲烷制备的复合微晶具有最强的荧光强度。最后,研究了前驱体的溶解温度和反溶剂温度对产物的影响,随着溶解温度的升高,微晶的尺寸逐渐增大。通过优化对比实验后发现在50℃下溶解前驱体,且使用50℃的二氯甲烷制备的产物,具有最优异的光学性能。2、利用过饱和重结晶法制备少铅材料及卤素替代的钙钛矿材料,实现了发光峰位的调控。通过Mn2+的掺杂,得到了具有亮黄色发光的Mn:CsPbBr3。改变Mn2+的掺杂比例,进而改变了材料的发光峰位和发光强度,Mn2+离子的掺杂降低了Pb2+离子的含量,达到了少铅的目的。此外,引入I源,得到了Cs4Pb(Br I)6/Cs Pb(Br I)3复合微晶,研究发现Cs4Pb(Br I)6的引入有效的钝化了Cs Pb(Br I)3的缺陷,提升了复合微晶的发光。改变配体的用量后发现,在OA 0.1m L,OAm 0.1 m L时,具有最高的荧光强度,随着配体的量增大,材料的荧光强度减小。3、采用反溶剂蒸气辅助法制备了具有六角塔状结构的Cs4PbBr6/CsPbBr3复合微晶,该方法通过将反溶剂形成蒸气得到气液反应界面,实现了对反应过程的控制。与室温过饱和法制备的微晶相对比,反溶剂蒸气辅助法得到的复合微晶具有更明亮的绿色发射。通过微结构及光学特性表征认为,六角塔状的复合微晶主要由Cs4PbBr6构成,CsPbBr3主要以纳米晶的形式嵌入在Cs4PbBr6的基质中生长。在Cs4PbBr6/CsPbBr3复合微晶的生长过程中,配体OAm影响了产物的形状,OA影响了塔状结构的厚度。最后研究了反溶剂蒸发温度的影响,微晶的尺寸随着温度的升高而增大,温度过高时,微晶形貌不受控制,无序生长,且有杂质Cs Br的生成。微晶的荧光强度随着温度的升高先升高后降低,在温度为80℃时,有最好的发光性质,量子产率达到60.22%。
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