金属卤化钙钛矿的合成及其在LED和荧光传感中的应用
发布时间：2020-12-18 11:02
金属卤化APbX3（A=CH3NH3+,CH（NH2）2+,Cs+;X=Cl-,Br-,I-）钙钛矿纳米晶（Perovskite nanocrystals,PNCs）具有较高的光致发光量子产率（PLQYs）、较窄的发射峰半峰宽（FWHM）、较高的缺陷容忍度、带隙可调节和较高的载流子迁移率等诸多优异的光电性质,在太阳能电池、发光二极管（Light emitting diode,LED）、激光器、光催化,甚至是分析检测领域都展现出了极高的应用潜力。作为时下的热点材料之一,PNCs的发展还是受到两大因素的制约,包括结构中Pb的毒性和材料的不稳定性。本文以降低PNCs的毒性和提高PNCs稳定性的方向为切入点,制备出新型PNCs材料,并研究其在LED器件和荧光传感中的应用。主要的研究内容包括:（1）建立新型掺杂方法提高Mn2+掺杂量以降...
【文章来源】：闽南师范大学福建省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钙钛矿结构示意图
闽南师范大学理学硕士学位论文-4-(1)通过卤素离子交换和尺寸调控容易控制发射光谱覆盖到整个可见光谱范围：由Cl-→Br-→I-的逐步阴离子交换可使发射光谱红移并变宽，反之使发射光谱蓝移并变窄。由于量子限域效应的存在，通过控制合成钙钛矿的晶体尺寸也可以实现对发射光谱的调控，例如在一定的发射波长范围内，发射光谱将随着钙钛矿尺寸的增大而整体红移，反之则整体蓝移。(2)超高的光致发光量子产率（Photoluminescencequantumyields,PLQYs）：以全无机钙钛矿为例，通过简单便捷的材料合成操作，即可制备出尺寸均一、排列有序且PLQYs超过90%的绿光CsPbBr3和红光CsPbI3钙钛矿纳米晶（Perovskitenanocrystals,PNCs）产品。(3)发射光谱和半峰宽较窄：钙钛矿纳米材料的半峰宽（Fullwidthathalf-maximum,FWHM）约为12~40nm，小于传统的IIB-IVA量子点的约30~50nm和IIIA-VA量子点的约40~60nm。较窄的FWHM使产品具备高色纯的性能。(4)色域宽：钙钛矿纳米材料包含着高饱和度和高亮度的丰富色彩，能够满足照明材料中宽色域和高显色指数照明的要求，在美国国家电视标准委员会标准（Nationaltelevisionstandardscommittee,NTSC）下的色域值已经高达140%。(5)缺陷容忍度高：PNCs属于离子型晶体，形成能较低，但其缺陷容忍度却比传统的InP和CdSe量子点要高的多，它不需要过多的表面钝化和保护就可以获得较高的PLQYs。(6)合成钙钛矿纳米材料的成本低廉，制备方案简便多样。图1.2钙钛矿纳米材料的优异特性[39]
第一章绪论-7-Cs4PbX6结构和富卤化铅的CsPb2X5结构，而这些CsxPbyXz结构在特定条件下可以发生相变而互相转化（图1.3g）。L.Manna课题组展示了一项研究成果报道了这种相变的转化过程[57]。他们首先使用HI法在富含Cs+的环境中制备单分散六方晶型的Cs4PbX6PNCs，再添加PbBr2前驱液，溶液开始变绿进而相变转化为立方晶型的CsPbX3PNCs。随后Q.Zhang和Y.Yin等人也报道了类似的相变研究[60]。他们将分散在正己烷中不发光的Cs4PbX6PNCs溶液层附在水层界面上，因CsX在水中的溶解度非常高，晶体中多余的CsX不断被剥离，明亮的绿色发光逐渐从油/水界面延伸到有机相中，这证明分散在有机相中的Cs4PbX6PNCs在存在水的环境中很容易转化为高发光CsPbX3PNCs。更重要的是，由于水处理期间对晶体产生了钝化效果，通过这种相变法获得的CsPbX3PNCs比使用HI法制备的产品更加稳定，这一发现也为合成均匀的CsPbX3PNCs提供了一种新颖而简便的方法。图1.3钙钛矿合成方法(a)高温热注射法[42]；(b)室温配体辅助重结晶沉淀法[43]；(c)超声法[47]；(d)研磨法[50]；(e)阴离子交换法[53]；(f)阳离子交换法[59]；(g)相变法[57]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属卤化物钙钛矿光催化的研究进展[J]. 李鑫,张太阳,王甜,赵一新. 化学学报. 2019(11)
[2]钙钛矿材料在激光领域的研究进展[J]. 王兰,董渊,高嵩,陈奎一,房法成,金光勇. 中国光学. 2019(05)
[3]钙钛矿发光二极管稳定性研究进展[J]. 谢淦澂,彭俊彪. 光电子技术. 2019(03)
[4]多色高发光效率CsPbX3（X=Cl,Br,I）钙钛矿量子点的制备及其在发光二极管中的应用[J]. 黄国斌,骆登峰,张茂升. 应用化学. 2019(08)
[5]高效绿光钙钛矿发光二极管研究进展[J]. 瞿子涵,储泽马,张兴旺,游经碧. 物理学报. 2019(15)
[6]蓝光钙钛矿发光二极管:机遇与挑战[J]. 段聪聪,程露,殷垚,朱琳. 物理学报. 2019(15)
[7]全无机钙钛矿量子点的研究进展[J]. 王恩胜,余丽萍,廉世勋,周文理. 材料导报. 2019(05)
[8]无机铅卤钙钛矿纳米晶的合成、性能及应用[J]. 楼孙棋,宣曈曈,郁彩艳,李会利. 应用化学. 2016(09)
[9]新型有机-无机杂化钙钛矿发光材料的研究进展[J]. 肖娟,张浩力. 物理化学学报. 2016(08)
[10]具有优异发光性能的钙钛矿量子点研究进展[J]. 刘翔凯,李泽华,张发焕,皮孝东. 半导体技术. 2016(04)
本文编号：2923889
【文章来源】：闽南师范大学福建省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钙钛矿结构示意图
闽南师范大学理学硕士学位论文-4-(1)通过卤素离子交换和尺寸调控容易控制发射光谱覆盖到整个可见光谱范围：由Cl-→Br-→I-的逐步阴离子交换可使发射光谱红移并变宽，反之使发射光谱蓝移并变窄。由于量子限域效应的存在，通过控制合成钙钛矿的晶体尺寸也可以实现对发射光谱的调控，例如在一定的发射波长范围内，发射光谱将随着钙钛矿尺寸的增大而整体红移，反之则整体蓝移。(2)超高的光致发光量子产率（Photoluminescencequantumyields,PLQYs）：以全无机钙钛矿为例，通过简单便捷的材料合成操作，即可制备出尺寸均一、排列有序且PLQYs超过90%的绿光CsPbBr3和红光CsPbI3钙钛矿纳米晶（Perovskitenanocrystals,PNCs）产品。(3)发射光谱和半峰宽较窄：钙钛矿纳米材料的半峰宽（Fullwidthathalf-maximum,FWHM）约为12~40nm，小于传统的IIB-IVA量子点的约30~50nm和IIIA-VA量子点的约40~60nm。较窄的FWHM使产品具备高色纯的性能。(4)色域宽：钙钛矿纳米材料包含着高饱和度和高亮度的丰富色彩，能够满足照明材料中宽色域和高显色指数照明的要求，在美国国家电视标准委员会标准（Nationaltelevisionstandardscommittee,NTSC）下的色域值已经高达140%。(5)缺陷容忍度高：PNCs属于离子型晶体，形成能较低，但其缺陷容忍度却比传统的InP和CdSe量子点要高的多，它不需要过多的表面钝化和保护就可以获得较高的PLQYs。(6)合成钙钛矿纳米材料的成本低廉，制备方案简便多样。图1.2钙钛矿纳米材料的优异特性[39]
第一章绪论-7-Cs4PbX6结构和富卤化铅的CsPb2X5结构，而这些CsxPbyXz结构在特定条件下可以发生相变而互相转化（图1.3g）。L.Manna课题组展示了一项研究成果报道了这种相变的转化过程[57]。他们首先使用HI法在富含Cs+的环境中制备单分散六方晶型的Cs4PbX6PNCs，再添加PbBr2前驱液，溶液开始变绿进而相变转化为立方晶型的CsPbX3PNCs。随后Q.Zhang和Y.Yin等人也报道了类似的相变研究[60]。他们将分散在正己烷中不发光的Cs4PbX6PNCs溶液层附在水层界面上，因CsX在水中的溶解度非常高，晶体中多余的CsX不断被剥离，明亮的绿色发光逐渐从油/水界面延伸到有机相中，这证明分散在有机相中的Cs4PbX6PNCs在存在水的环境中很容易转化为高发光CsPbX3PNCs。更重要的是，由于水处理期间对晶体产生了钝化效果，通过这种相变法获得的CsPbX3PNCs比使用HI法制备的产品更加稳定，这一发现也为合成均匀的CsPbX3PNCs提供了一种新颖而简便的方法。图1.3钙钛矿合成方法(a)高温热注射法[42]；(b)室温配体辅助重结晶沉淀法[43]；(c)超声法[47]；(d)研磨法[50]；(e)阴离子交换法[53]；(f)阳离子交换法[59]；(g)相变法[57]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属卤化物钙钛矿光催化的研究进展[J]. 李鑫,张太阳,王甜,赵一新. 化学学报. 2019(11)
[2]钙钛矿材料在激光领域的研究进展[J]. 王兰,董渊,高嵩,陈奎一,房法成,金光勇. 中国光学. 2019(05)
[3]钙钛矿发光二极管稳定性研究进展[J]. 谢淦澂,彭俊彪. 光电子技术. 2019(03)
[4]多色高发光效率CsPbX3（X=Cl,Br,I）钙钛矿量子点的制备及其在发光二极管中的应用[J]. 黄国斌,骆登峰,张茂升. 应用化学. 2019(08)
[5]高效绿光钙钛矿发光二极管研究进展[J]. 瞿子涵,储泽马,张兴旺,游经碧. 物理学报. 2019(15)
[6]蓝光钙钛矿发光二极管:机遇与挑战[J]. 段聪聪,程露,殷垚,朱琳. 物理学报. 2019(15)
[7]全无机钙钛矿量子点的研究进展[J]. 王恩胜,余丽萍,廉世勋,周文理. 材料导报. 2019(05)
[8]无机铅卤钙钛矿纳米晶的合成、性能及应用[J]. 楼孙棋,宣曈曈,郁彩艳,李会利. 应用化学. 2016(09)
[9]新型有机-无机杂化钙钛矿发光材料的研究进展[J]. 肖娟,张浩力. 物理化学学报. 2016(08)
[10]具有优异发光性能的钙钛矿量子点研究进展[J]. 刘翔凯,李泽华,张发焕,皮孝东. 半导体技术. 2016(04)
本文编号：2923889
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