CsPb 2 Br 5 /CsPbBr 3 复合材料的制备及金属离子传感研究
发布时间：2021-11-23 02:08
Cs-Pb-Br无机卤化物钙钛矿由于其强光致发光,窄半峰宽和高荧光量子产率等优点,在太阳能电池、光探测器和激光器等光电领域有着广泛应用。目前,CsPbBr3是Cs-Pb-Br无机卤化物钙钛矿中研究最多的一类材料,有着优异的荧光特性和明确的荧光机制。然而,CsPbBr3为离子化合物,在水相中结构极易被破坏,如何提高CsPbBr3的稳定性是现在迫切需要解决的问题之一。因此,研究人员将目光转向Cs-Pb-Br无机卤化物钙钛矿中的其他类型材料,其中CsPb2Br5因拥有更高的化学稳定性和优异的光电性能在钙钛矿领域崭露头角。但是目前常用合成钙钛矿的方法选择的溶剂常为甲苯,正己烷和N,N-二甲基甲酰胺（DMF）等有机试剂,这些试剂相对毒性较大,并且极易挥发对身体及环境造成危害。本论文主要从复合材料的制备和应用两方面开展研究:一是CsPb2Br5/CsPbBr3复合材料的制备、性能表征以及稳定性的研究;二是该复合材料在水中金属...
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
卤化物钙钛矿晶体结构[2]
山东建筑大学硕士学位论文-2-图1.22015年至2019年之间关于卤化物钙钛矿文献报道数量的趋势1.2Cs-Pb-Br无机卤化物钙钛矿近年来，Cs-Pb-Br无机卤化物钙钛矿因其优异的光电性能成为光电子领域的一颗新星，由于Cs-Pb-Br无机卤化物钙钛矿具有高荧光量子产率、窄带发射、可调带隙、较长的电子空穴扩散长度和显著的光学非线性等光电特性，使他们在光电探测器，发光二极管(LED)，激光和太阳能电池等领域有着广泛应用[4-7]。十九世纪九十年代,Wells等人[8]首次提出在Cs-Pb-Br三元体系中存在三种稳态化合物：CsPbBr3、CsPb2Br5和Cs4PbBr6。在实验合成中通过改变溴化铯和溴化铅的化学计量比，可以得到这三种钙钛矿材料。由于当时理论知识和实验技术的局限性，并未测得Cs-Pb-Br无机卤化物钙钛矿理想的光学特性。直至2015年,Protesescu等人[9]首次制备出具有优异荧光性能，荧光量子产率高达90%的CsPbBr3全无机钙钛矿材料，人们将目光投向了Cs-Pb-Br无机钙钛矿材料，相关研究急剧增长如雨后春笋般涌现，CsPb2Br5和Cs4PbBr6也因其优异的光电特性引起了人们的关注，但其光致发光的机制仍存在争议，缺乏统一的解释[10]。如图1.3所示，CsPbBr3显示为直接带隙，具有优异的荧光特性；而CsPb2Br5和Cs4PbBr6显示出间接的带隙，理论上荧光失活。一般来说，直接带隙半导体发光效率高，间接带隙半导体发光效率低甚至荧光失活，但三者都呈现出优异的光学性能，理论与实验现象相矛盾，这是目前亟待解决的问题，故Cs-Pb-Br无机钙钛矿材料的荧光来源引起了研究人员的广泛关注[11]。
山东建筑大学硕士学位论文-3-图1.3Cs-Pb-Br无机钙钛矿的带隙[11]1.2.1Cs-Pb-Br无机钙钛矿材料的晶体结构Cs-Pb-Br无机钙钛矿材料因其不同相晶体结构的差异，使其有不同的性能。如图1.4所示，Cs4PbBr6的晶体结构类似于三维钙钛矿，PbBr64-正八面体通过Cs-Br键桥连接[12]，并被周围的Cs+分离，彼此互相孤立，具有低对称性的结构。这种单个分离的PbBr64-八面体结构可以被认为是CsPbBr3和Cs4PbBr6之间的显着结构差异。CsPb2Br5为层状卤化铅结构，Pb-Br骨架由Cs+层分隔，CsPb2Br5的四方相呈现出由[Pb2Br5]-和Cs+层组成的三明治结构[13]。在[Pb2Br5]-中，1个Pb2+与4个Br-组成了细长的五面体，所有的Pb2+都被限制在[Pb2Br5]-的中心。因为Cs+位于[Pb2Br5]-中间，相邻的框架层之间没有通道，使其在物理性能上具有较大的各异性。CsPbBr3为三维立方结构，其中较大半径的Cs+占据晶格的顶角位置，以保证立方钙钛矿结构不被破坏。半径较小的Pb2+占据晶胞的体心位置，并与占据晶胞面心位置的Br-形成PbBr64-八面体[14]，每个Br-都被两个PbBr64-八面体所共有，形成角共享的三维空间网络结构，具有极高的对称性。图1.4Cs-Pb-Br无机钙钛矿的晶体结构1.2.2Cs-Pb-Br无机钙钛矿材料的光学性质Cs-Pb-Br无机钙钛矿材料的光致发光过程如图1.5所示，当钙钛矿材料受到外界光源照射时，会呈现不稳定的激发态，吸收光子使电子从价带跃迁至导带，在价带中留下“空穴”，形成电子-空穴对。同时导带上不稳定的电子跃迁到价带，与多余的空穴复合相互作用，辐射跃迁或非辐射跃迁释放出一定的能量。电子与空穴之间的静电库仑相互
本文编号：3512905
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
卤化物钙钛矿晶体结构[2]
山东建筑大学硕士学位论文-2-图1.22015年至2019年之间关于卤化物钙钛矿文献报道数量的趋势1.2Cs-Pb-Br无机卤化物钙钛矿近年来，Cs-Pb-Br无机卤化物钙钛矿因其优异的光电性能成为光电子领域的一颗新星，由于Cs-Pb-Br无机卤化物钙钛矿具有高荧光量子产率、窄带发射、可调带隙、较长的电子空穴扩散长度和显著的光学非线性等光电特性，使他们在光电探测器，发光二极管(LED)，激光和太阳能电池等领域有着广泛应用[4-7]。十九世纪九十年代,Wells等人[8]首次提出在Cs-Pb-Br三元体系中存在三种稳态化合物：CsPbBr3、CsPb2Br5和Cs4PbBr6。在实验合成中通过改变溴化铯和溴化铅的化学计量比，可以得到这三种钙钛矿材料。由于当时理论知识和实验技术的局限性，并未测得Cs-Pb-Br无机卤化物钙钛矿理想的光学特性。直至2015年,Protesescu等人[9]首次制备出具有优异荧光性能，荧光量子产率高达90%的CsPbBr3全无机钙钛矿材料，人们将目光投向了Cs-Pb-Br无机钙钛矿材料，相关研究急剧增长如雨后春笋般涌现，CsPb2Br5和Cs4PbBr6也因其优异的光电特性引起了人们的关注，但其光致发光的机制仍存在争议，缺乏统一的解释[10]。如图1.3所示，CsPbBr3显示为直接带隙，具有优异的荧光特性；而CsPb2Br5和Cs4PbBr6显示出间接的带隙，理论上荧光失活。一般来说，直接带隙半导体发光效率高，间接带隙半导体发光效率低甚至荧光失活，但三者都呈现出优异的光学性能，理论与实验现象相矛盾，这是目前亟待解决的问题，故Cs-Pb-Br无机钙钛矿材料的荧光来源引起了研究人员的广泛关注[11]。
山东建筑大学硕士学位论文-3-图1.3Cs-Pb-Br无机钙钛矿的带隙[11]1.2.1Cs-Pb-Br无机钙钛矿材料的晶体结构Cs-Pb-Br无机钙钛矿材料因其不同相晶体结构的差异，使其有不同的性能。如图1.4所示，Cs4PbBr6的晶体结构类似于三维钙钛矿，PbBr64-正八面体通过Cs-Br键桥连接[12]，并被周围的Cs+分离，彼此互相孤立，具有低对称性的结构。这种单个分离的PbBr64-八面体结构可以被认为是CsPbBr3和Cs4PbBr6之间的显着结构差异。CsPb2Br5为层状卤化铅结构，Pb-Br骨架由Cs+层分隔，CsPb2Br5的四方相呈现出由[Pb2Br5]-和Cs+层组成的三明治结构[13]。在[Pb2Br5]-中，1个Pb2+与4个Br-组成了细长的五面体，所有的Pb2+都被限制在[Pb2Br5]-的中心。因为Cs+位于[Pb2Br5]-中间，相邻的框架层之间没有通道，使其在物理性能上具有较大的各异性。CsPbBr3为三维立方结构，其中较大半径的Cs+占据晶格的顶角位置，以保证立方钙钛矿结构不被破坏。半径较小的Pb2+占据晶胞的体心位置，并与占据晶胞面心位置的Br-形成PbBr64-八面体[14]，每个Br-都被两个PbBr64-八面体所共有，形成角共享的三维空间网络结构，具有极高的对称性。图1.4Cs-Pb-Br无机钙钛矿的晶体结构1.2.2Cs-Pb-Br无机钙钛矿材料的光学性质Cs-Pb-Br无机钙钛矿材料的光致发光过程如图1.5所示，当钙钛矿材料受到外界光源照射时，会呈现不稳定的激发态，吸收光子使电子从价带跃迁至导带，在价带中留下“空穴”，形成电子-空穴对。同时导带上不稳定的电子跃迁到价带，与多余的空穴复合相互作用，辐射跃迁或非辐射跃迁释放出一定的能量。电子与空穴之间的静电库仑相互
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