铅卤钙钛矿材料因其优异的光电性能,引起了广泛的关注。它们具备优异的性质,如大的吸光系数、长的电子传输和可调节带隙,使它们能够实现高性能的太阳能电池、发光二极管(LED)、激光器和光电探测器。例如,卤族钙钛矿的块体作为太阳能电池中完美的光伏材料,其光电转化效率目前超过22%,以及它们的量子点展示出超高的荧光量子效率(最高可达95%)、超窄的半峰宽以及在可见光区可调的荧光峰位。从铅卤钙钛矿材料组成、元素选择、材料的合成,到设计晶体的结构和不同晶相,人们对钙钛矿材料性质及应用的研究己经取得了巨大的进展。由于钙钛矿的材料本身为离子型晶体,其晶体结构容易在水分、紫外光照、温度以及氧的作用下被破坏掉。因此,提高铅卤钙钛矿材料的稳定性对于其在广泛的应用尤为重要!本论文从提高铅卤钙钛矿材料稳定性的角度出发,首先采用巯基和铅盐交换得到X型配体保护的钙钛矿晶体。接着为了扩大生产,采用直接合成的方法得到了稳定的X型配体保护四方相钙钛矿晶体,发射峰在可见光范围内可调,并对晶相和形貌做出机理研究。然后,为了使得钙钛矿晶体更加稳定,直接合成得到Mn2+掺杂的四方相钙钛矿晶体,保持晶相和结构的完整。最后,对于光照过程中从正交相CsPbBr3到四方相CsPb2Br5纳米片可逆晶相变化,进行相变机理研究。本论文主要研究工作:(1)我们采用多步的配体交换和离子填充方法,制备了一种具有X型配体的新型钙钛矿材料。由于Pb-S化学键足够稳定,以至于可以维持晶体结构在乙醇中稳定,相对于正常的钙钛矿晶体是绝对不可能的。另一种改善钙钛矿性能的好方法是利用光活化过程,进一步修复表面缺陷,因为光损伤过程总是发生并降低了正常钙钛矿的性能。这一过程可以通过时间依赖的荧光光谱进行监测,在30分钟后,荧光强度增加到108%,即使在光照6小时后,荧光强度也可以高达136%。更为重要的是,X型配体保护的钙钛矿可以平衡其稳定性和导电性,并且器件的电流用乙醇清洗后仍然稳定。然而,正常的钙钛矿制备的器件经过乙醇的冲洗后,其电流迅速下降到原来的1/500,说明晶体结构迅速被破坏了。因此,X型配体保护的钙钛矿可以极大地提高其稳定性,同时保持其电导性能,并且这种方法可以促进高性能的钙钛矿材料在电子学和光电器件中的广泛应用。(2)提出了一种新的化学合成方法,即在室温条件下,形貌和晶相可控合成的四方相CsPb2Br5。通过改变烷基硫醇与烷基酸比例或者基硫醇与烷基酸的比例,可以得到形貌均匀的纳米片和纳米线,同时晶相可以从正交相CsPbBr3向四方相CsPb2Br5进行精确转化。创新点:(1)这是第一次报道CsPb2Br5纳米晶体形貌和晶相可控合成的文章。(2)这是第一个关于合成四方相CsPb2Br5NWs的文章。(3)这是第一个利用硫醇为配体,直接合成钙钛矿纳米晶体的方法。更为重要的是,我们得到的硫醇分子保护的CsPb2Br5纳米线和纳米片,在高温和高湿度环境中稳定性得到有显著的提高。(3)报道了一种简单的方法,室温条件下,通过改变Cl/Br或I/Br的比值,可以得到与之相关的CsPb2X5NWs,其荧光峰位可以由蓝色调控到红色。此外,我们发现直接合成的CsPb2(Cl0.7/Br0.3)5和CsPb2(I0.7/Br0.3)5 NWs比阴离子交换法获得的材料更加稳定。(4)在室温条件下直接合成的方法,得到Mn2+掺杂的四方相CsPb2Cl5(CsPb2Cl5@Mn)的纳米晶体。通过控制铅锰离子的比例,可以得到不同组成的CsPb2Cl5@Mn。吸收峰位和荧光发射峰位分别为407 nm和610 nm,并且保持不变,其中得到最高的CsPb2Cl5@Mn的PLQY为13.6%。在超过1000个小时的长时间、高湿环境中,CsPb2Cl5@Mn完美保持光学稳定性和晶相的稳定性,这种高稳定性可以促进其在光电子和光学器件领域的广泛应用。并且通过铁磁的研究发现,CsPb1.73Mno.27Cl5具有明显的顺磁性,但无明显磁转变,为居里外斯拟合,反铁磁拟合温度为-2k和-5 K,表明反铁磁耦合比较强。(5)我们发现一种新的方法,实现可逆的光诱导晶相变化,从正交相CsPbBr3到四方相CsPb2Br5纳米片可逆转换。PVP作为保护配体的CsPbBr3均匀分散在乙醇中,并解离出CsBr,实现晶相结构转变为四方相CsPb2Br5。光照的引入,促进四方相CsPb2Br5转变为光学性质良好的正交相CsPbBr3实现可逆转变的过程。这种晶相可逆转变的研究,将进一步加深我们对钙钛矿晶体可控合成、后处理和解离途径的认识。