全无机卤素钙钛矿纳米晶体材料的可控制备及其应用研究
发布时间：2020-10-09 18:00
近年来,由于其优越的光电性能及在诸多领域的广阔应用前景,卤素钙钛矿纳米晶体材料受到了广泛的关注。相对于有机-无机杂化钙钛矿纳米材料而言,全无机钙钛矿纳米晶体有发光色域宽且可调控、半峰宽窄、荧光量子产率高等优良的光电性能,它们在光伏器件、发光二极管、激光器、光催化和探测器等领域均表现出了巨大的潜力。过去三年中,虽然人们在合成和应用全无机钙钛矿纳米晶体方面已经取得了一定的成果,但目前依然存在诸多问题和挑战,例如稳定性较差、器件效率低等,这些问题严重制约了其实际应用。本硕士论文中,我们从基础的材料合成出发,通过研究全无机钙钛矿纳米晶体的合成机理,提高其稳定性,并初步探讨该类材料在光催化CO2还原方面的应用。具体研究内容如下:1.探索了Cs_4PbX_6纳米晶体在油水两相界面处转化为CsPbX_3纳米晶体的过程。通过设计一系列实验,系统研究了其转化过程,并提出了一个“CsX剥落”机理。2.在热注入合成CsPbX_3纳米晶体的基础上,通过在反应体系里引进多支链的三辛基氧化磷(TOPO),加强了纳米晶体表面的保护,显著提高了CsPbX_3纳米晶体在不良溶剂处理过程中的稳定性。此外,在TOPO的保护下,实现了纳米晶体的尺寸调控。3.设计合成了全无机铅卤钙钛矿纳米晶体和TiO2的复合材料,通过TiO2的对钙钛矿纳米颗粒的单个包覆,实现了对钙钛矿纳米晶体的表面改性。此类复合材料可作为用于光催化还原CO2催化剂,经过初步的尝试,此复合材料表现出了优异的催化效果。
【学位单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1
【部分图文】：
-1 全无机卤素钙钛矿纳米晶体溶液在紫外光照射下的图片，引自文献ure 1-1． Photograph of all-inorganic perovksite nanocrytals solutions undUV light. (Adapted from Ref. [17])1.2 全无机卤素钙钛矿纳米晶体的性质1.2.1 全无机卤素钙钛矿纳米晶体的结构及相转化块体 CsPbX3晶体结构最早的研究在 1958 年26，其晶体结构根据环境温总能量的不同会以立方、正交和四方晶相等晶体结构存在，其中立方晶相18。以下将以 CsPbBr3为例展开论述。对于完美的立方体晶体结构（空间群，Pm3m）而言，CsPbX3晶体结构子占据立方体的顶点，而 Pb 和 Br 组成的八面体则处于 Cs 离子框架的，如图 1-2a 所示。当温度由 403 K 降到 361 K 时，PbBr64-八面体会发生倾
图 1-2 （a）立方结构的 CsPbBr3，（b）CsPbBr3纳米晶体的透射电子显微镜图，引自文献[17]Figure 1-2． (a) Crystal structure of cubic CsPbBr3. (b) transmission electronmicroscopy image of CsPbBr3nanocrystals. (Adapted from Ref. [17])立方相的 CsPbBr3纳米晶体可在 160-200oC 下直接合成27。而较低温度或者室温条件下制备的 CsPbBr3纳米立方体、纳米片、纳米线和纳米球等量子点通常为正交相结构（空间群，Pnma）。CsPbBr3纳米晶体的尺寸较小，其 X 射线衍射（XRD）图谱的特征峰会发生宽化，这对纳米晶体晶型的判断造成一定的干扰21,28。但正交相的 CsPbBr3纳米晶体在 XRD 图谱上 15o或者 30o左右处有着清晰的双峰峰型，这将有助于辨别它的晶型。另外，有研究发现，相对于块体的立方相CsPbBr3，纳米片的衍射峰会向小角度偏移29。这些纳米片的晶格间距为 0.599 nm，大于立方相 CsPbBr3块体的 0.587 nm。这也许是质子化的油酸配体对晶胞表面起
-3 （a）CsPbX3纳米晶体的甲苯溶液在紫外灯（λ = 365 nm）照射下的代表性的发射光谱（除了 CsPbCl3样品 λex =350 nm 外 λex = 400 nm），文献[17]。ure 1-3. (a) Digital photographs of colloidal solutions in toluene upon irradiath a UV lamp (λ = 365 nm), (b) representative emission 5n spectra (λex = 400for all but 350 nm for CsPbCl3samples). (Adapted from Ref. [17])2．形貌和尺寸对荧光的影响对于半导体而言，只有当纳米材料尺寸小于或者与激子波尔半径相当时出量子限域效应。所以控制 CsPbX3纳米晶体的光谱一方面可以通过调分来实现，另一方面也可以通过改变晶体形貌和尺寸来完成。例如，减粒的尺寸，CsPbBr3纳米晶体的吸收和发射峰的位置均发生相应的蓝移 CsPbBr3纳米球和纳米立方体颗粒而言，除荧光发射外，其荧光寿命也
【学位单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1
【部分图文】：
-1 全无机卤素钙钛矿纳米晶体溶液在紫外光照射下的图片，引自文献ure 1-1． Photograph of all-inorganic perovksite nanocrytals solutions undUV light. (Adapted from Ref. [17])1.2 全无机卤素钙钛矿纳米晶体的性质1.2.1 全无机卤素钙钛矿纳米晶体的结构及相转化块体 CsPbX3晶体结构最早的研究在 1958 年26，其晶体结构根据环境温总能量的不同会以立方、正交和四方晶相等晶体结构存在，其中立方晶相18。以下将以 CsPbBr3为例展开论述。对于完美的立方体晶体结构（空间群，Pm3m）而言，CsPbX3晶体结构子占据立方体的顶点，而 Pb 和 Br 组成的八面体则处于 Cs 离子框架的，如图 1-2a 所示。当温度由 403 K 降到 361 K 时，PbBr64-八面体会发生倾
图 1-2 （a）立方结构的 CsPbBr3，（b）CsPbBr3纳米晶体的透射电子显微镜图，引自文献[17]Figure 1-2． (a) Crystal structure of cubic CsPbBr3. (b) transmission electronmicroscopy image of CsPbBr3nanocrystals. (Adapted from Ref. [17])立方相的 CsPbBr3纳米晶体可在 160-200oC 下直接合成27。而较低温度或者室温条件下制备的 CsPbBr3纳米立方体、纳米片、纳米线和纳米球等量子点通常为正交相结构（空间群，Pnma）。CsPbBr3纳米晶体的尺寸较小，其 X 射线衍射（XRD）图谱的特征峰会发生宽化，这对纳米晶体晶型的判断造成一定的干扰21,28。但正交相的 CsPbBr3纳米晶体在 XRD 图谱上 15o或者 30o左右处有着清晰的双峰峰型，这将有助于辨别它的晶型。另外，有研究发现，相对于块体的立方相CsPbBr3，纳米片的衍射峰会向小角度偏移29。这些纳米片的晶格间距为 0.599 nm，大于立方相 CsPbBr3块体的 0.587 nm。这也许是质子化的油酸配体对晶胞表面起
-3 （a）CsPbX3纳米晶体的甲苯溶液在紫外灯（λ = 365 nm）照射下的代表性的发射光谱（除了 CsPbCl3样品 λex =350 nm 外 λex = 400 nm），文献[17]。ure 1-3. (a) Digital photographs of colloidal solutions in toluene upon irradiath a UV lamp (λ = 365 nm), (b) representative emission 5n spectra (λex = 400for all but 350 nm for CsPbCl3samples). (Adapted from Ref. [17])2．形貌和尺寸对荧光的影响对于半导体而言，只有当纳米材料尺寸小于或者与激子波尔半径相当时出量子限域效应。所以控制 CsPbX3纳米晶体的光谱一方面可以通过调分来实现，另一方面也可以通过改变晶体形貌和尺寸来完成。例如，减粒的尺寸，CsPbBr3纳米晶体的吸收和发射峰的位置均发生相应的蓝移 CsPbBr3纳米球和纳米立方体颗粒而言，除荧光发射外，其荧光寿命也
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本文编号：2834008
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