钙钛矿荧光纳米晶的B位异价取代与巯基硅烷表面钝化

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近些年,溶液法制备的全无机CsPbX3(X=Cl,Br,I)钙钛矿纳米晶作为一种新型半导体发光材料具有窄的半峰宽、高光致发光量子产率、合成方法简单等优点。但是全无机钙钛矿纳米晶的晶格结构稳定性差,对水、光、热以及极性溶剂的环境耐受性差,容易出现荧光猝灭的现象,严重阻碍纳米晶的进一步应用和发展。在本文中使用热注入法合成ABX3型立方钙钛矿纳米晶,通过离子掺杂浓度的调控和配体钝化的方式,进一步提高了纳米晶的光致发光量子产率(Photoluminescence Quantum Yield,PLQY)、光热稳定性以及空气稳定性。论文的主要研究内容如下:(1)通过热注入法合成CsPb(Cl/Br)3NCs和Pr3+掺杂的纳米晶,Pr3+掺杂的纳米晶记作Pr-CsPb(Cl/Br)3NCs。发射波长为480 nm的纯CsPb(Cl/Br)3NCs的PLQY为21%,Pr-CsPb(Cl/Br)3NCs在489 nm处的PLQY达到59%,荧光效率有一定的提升,但是效果不够理想。采用热注入法合成Cs3PrCl6NCs和CsPbBr3NCs,将Cs3PrCl6NCs和CsPbBr3NCs通过一步混色法混合,得到了发射波长为410 nm-490nm的Pr-CsPb(Cl/Br)3NCs,覆盖了整个蓝光波段。制备的Pr-CsPb(Cl/Br)3NCs在490 nm处的PLQY达到85%,比纯CsPb(Cl/Br)3NCs和热注入法制备的Pr-CsPb(Cl/Br)3NCs的荧光效率更高。(2)采用热注入法合成全无机钙钛矿CsPbBr3NCs,用3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)作为配体对纳米晶进行配体交换,配体交换后制备的纳米晶记作ExMP-CsPbBr3NCs。ExMP-CsPbBr3NCs的PLQY达到99%,形貌更加均匀,并且吸收强度是纯CsPbBr3NCs的2.5倍。两种纳米晶溶液在空气中保存40天后,纯CsPbBr3NCs的PLQY降低为原始的31%,而ExMP-CsPbBr3NCs的PLQY保持为原始的89%,空气稳定性明显变好。(3)在优选的条件下制备的ExMP-CsPbBr3NCs,进一步与Cs3PrCl6NCs通过一步混色法制备Pr-ExMP-CsPb(Cl/Br)3NCs。相对于Pr-CsPb(Cl/Br)3NCs,Pr-ExMP-CsPb(Cl/Br)3NCs的PLQY峰值出现在更短的波长(464 nm),对应的PLQY为88%。
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