气氛置换CsPbBr3@CsPbBr3-xClx纳米线异质结的制备及其性能

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无机铅卤钙钛矿CsPbX3(X=Cl,Br,I)由于具有较大的吸收截面、高效且可调谐的光致发光、长的电子-空穴扩散长度和低的陷阱态密度而成为优异的光子和光电材料,在发光二极管、太阳能电池、激光器以及光电探测器等众多光电器件中有着广阔的应用前景。但是目前关于无机钙钛矿发光材料的研究大多集中在如何实现高效、可调的单色发光,并且由于阴离子的不稳定性,通过改变阴离子种类很容易形成合金材料,而很难得到稳定的无机钙钛矿异质结或者核壳结构,因为无法保证无机钙钛矿材料的光谱稳定性、限制了无机钙钛矿发光材料的进一步拓展应用。本论文通过控制反应条件,合成了CsPbBr3纳米线,并且利用HCl气体引入Cl-离子与CsPbBr3纳米线中的Br-离子互换,形成核壳结构纳米线异质结,实现了双色发光,并且研究了阴离子交换机理。主要工作如下:(1)首先通过高温注入法,在实验室中合成了形貌均一、分散性好的CsPbBr3纳米线样品,并对其晶型、形貌和荧光光谱(PL)进行了分析。研究表明,不同反应条件和不同配体浓度直接影响纳米材料的形貌和荧光强度。(2)探讨了核壳异质结结构纳米线的合成,首先直接利用PbCl2和PbI2溶液引入阴离子,与CsPbBr3纳米线进行阴离子交换,最后通过荧光光谱和纳米线晶型分析得出,在溶液中,CsPbBr3纳米线与PbCl2和PbI2溶液进行阴离子交换更倾向于形成均匀合金纳米线,阴离子交换后的纳米线在365 nm紫外光的激发下,均只有一个独立的发光峰,这主要是因为在合成过程中,引入了大量的阴离子,快速达到了阴离子置换的平衡。(3)为了控制一定量Cl-离子与Br-离子进行阴离子交换,我们首次提出通过HCl气体引入Cl-进行阴离子交换,通过这种方法我们成功合成了具有双色发光的核壳结构纳米线异质结。研究了不同反应时间和反应温度对异质结形成的影响,并对其反应机理进行了分析。首先合成了CsPbBr3纳米线,其次通过HCl气体引入Cl-离子进行阴离子交换得到纳米线异质结,最后对其形貌、晶体结构、荧光光谱等分别进行表征。结果表明,在阴离子交换之后,纳米线仍然保持良好的晶格结构。在紫外光激发下,样品荧光光谱不再是单一独立的发光峰,而是变为双发光峰。在阴离子交换反应在不同温度下进行时,得到的纳米线的发光峰不同,只在反应温度为30℃时进行阴离子交换能得到核壳结构纳米线异质结。同时,通过改变阴离子交换反应时间,制备了不同的钙钛矿纳米晶,经过荧光光谱和瞬态寿命测试,当反应时间较短时,Cl-离子很难进入到纳米线中,此时荧光光谱不会出现双发光峰;反应时间为1分钟时,荧光光谱由单一独立的发光峰变成双发光峰;随着反应时间的增加,蓝色发光峰逐渐增强,最后双发光峰变成单一的发光峰,此时纳米线成为均匀的合金。并且激子发光峰的寿命呈现出随着反应时间的增加,逐渐减小的趋势。最后,分析了阴离子交换的机理。
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