全無機(jī)鹵素鈣鈦礦納米晶體材料的可控制備及其應(yīng)用研究
發(fā)布時(shí)間：2020-10-09 18:00
近年來,由于其優(yōu)越的光電性能及在諸多領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景,鹵素鈣鈦礦納米晶體材料受到了廣泛的關(guān)注。相對于有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦納米材料而言,全無機(jī)鈣鈦礦納米晶體有發(fā)光色域?qū)捛铱烧{(diào)控、半峰寬窄、熒光量子產(chǎn)率高等優(yōu)良的光電性能,它們在光伏器件、發(fā)光二極管、激光器、光催化和探測器等領(lǐng)域均表現(xiàn)出了巨大的潛力。過去三年中,雖然人們在合成和應(yīng)用全無機(jī)鈣鈦礦納米晶體方面已經(jīng)取得了一定的成果,但目前依然存在諸多問題和挑戰(zhàn),例如穩(wěn)定性較差、器件效率低等,這些問題嚴(yán)重制約了其實(shí)際應(yīng)用。本碩士論文中,我們從基礎(chǔ)的材料合成出發(fā),通過研究全無機(jī)鈣鈦礦納米晶體的合成機(jī)理,提高其穩(wěn)定性,并初步探討該類材料在光催化CO2還原方面的應(yīng)用。具體研究內(nèi)容如下:1.探索了Cs_4PbX_6納米晶體在油水兩相界面處轉(zhuǎn)化為CsPbX_3納米晶體的過程。通過設(shè)計(jì)一系列實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)研究了其轉(zhuǎn)化過程,并提出了一個(gè)“CsX剝落”機(jī)理。2.在熱注入合成CsPbX_3納米晶體的基礎(chǔ)上,通過在反應(yīng)體系里引進(jìn)多支鏈的三辛基氧化磷(TOPO),加強(qiáng)了納米晶體表面的保護(hù),顯著提高了CsPbX_3納米晶體在不良溶劑處理過程中的穩(wěn)定性。此外,在TOPO的保護(hù)下,實(shí)現(xiàn)了納米晶體的尺寸調(diào)控。3.設(shè)計(jì)合成了全無機(jī)鉛鹵鈣鈦礦納米晶體和TiO2的復(fù)合材料,通過TiO2的對鈣鈦礦納米顆粒的單個(gè)包覆,實(shí)現(xiàn)了對鈣鈦礦納米晶體的表面改性。此類復(fù)合材料可作為用于光催化還原CO2催化劑,經(jīng)過初步的嘗試,此復(fù)合材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的催化效果。
【學(xué)位單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1
【部分圖文】：
-1 全無機(jī)鹵素鈣鈦礦納米晶體溶液在紫外光照射下的圖片，引自文獻(xiàn)ure 1-1． Photograph of all-inorganic perovksite nanocrytals solutions undUV light. (Adapted from Ref. [17])1.2 全無機(jī)鹵素鈣鈦礦納米晶體的性質(zhì)1.2.1 全無機(jī)鹵素鈣鈦礦納米晶體的結(jié)構(gòu)及相轉(zhuǎn)化塊體 CsPbX3晶體結(jié)構(gòu)最早的研究在 1958 年26，其晶體結(jié)構(gòu)根據(jù)環(huán)境溫總能量的不同會(huì)以立方、正交和四方晶相等晶體結(jié)構(gòu)存在，其中立方晶相18。以下將以 CsPbBr3為例展開論述。對于完美的立方體晶體結(jié)構(gòu)（空間群，Pm3m）而言，CsPbX3晶體結(jié)構(gòu)子占據(jù)立方體的頂點(diǎn)，而 Pb 和 Br 組成的八面體則處于 Cs 離子框架的，如圖 1-2a 所示。當(dāng)溫度由 403 K 降到 361 K 時(shí)，PbBr64-八面體會(huì)發(fā)生傾
圖 1-2 （a）立方結(jié)構(gòu)的 CsPbBr3，（b）CsPbBr3納米晶體的透射電子顯微鏡圖，引自文獻(xiàn)[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納米晶體可在 160-200oC 下直接合成27。而較低溫度或者室溫條件下制備的 CsPbBr3納米立方體、納米片、納米線和納米球等量子點(diǎn)通常為正交相結(jié)構(gòu)（空間群，Pnma）。CsPbBr3納米晶體的尺寸較小，其 X 射線衍射（XRD）圖譜的特征峰會(huì)發(fā)生寬化，這對納米晶體晶型的判斷造成一定的干擾21,28。但正交相的 CsPbBr3納米晶體在 XRD 圖譜上 15o或者 30o左右處有著清晰的雙峰峰型，這將有助于辨別它的晶型。另外，有研究發(fā)現(xiàn)，相對于塊體的立方相CsPbBr3，納米片的衍射峰會(huì)向小角度偏移29。這些納米片的晶格間距為 0.599 nm，大于立方相 CsPbBr3塊體的 0.587 nm。這也許是質(zhì)子化的油酸配體對晶胞表面起
-3 （a）CsPbX3納米晶體的甲苯溶液在紫外燈（λ = 365 nm）照射下的代表性的發(fā)射光譜（除了 CsPbCl3樣品 λex =350 nm 外 λex = 400 nm），文獻(xiàn)[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．形貌和尺寸對熒光的影響對于半導(dǎo)體而言，只有當(dāng)納米材料尺寸小于或者與激子波爾半徑相當(dāng)時(shí)出量子限域效應(yīng)。所以控制 CsPbX3納米晶體的光譜一方面可以通過調(diào)分來實(shí)現(xiàn)，另一方面也可以通過改變晶體形貌和尺寸來完成。例如，減粒的尺寸，CsPbBr3納米晶體的吸收和發(fā)射峰的位置均發(fā)生相應(yīng)的藍(lán)移 CsPbBr3納米球和納米立方體顆粒而言，除熒光發(fā)射外，其熒光壽命也
【學(xué)位單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1
【部分圖文】：
-1 全無機(jī)鹵素鈣鈦礦納米晶體溶液在紫外光照射下的圖片，引自文獻(xiàn)ure 1-1． Photograph of all-inorganic perovksite nanocrytals solutions undUV light. (Adapted from Ref. [17])1.2 全無機(jī)鹵素鈣鈦礦納米晶體的性質(zhì)1.2.1 全無機(jī)鹵素鈣鈦礦納米晶體的結(jié)構(gòu)及相轉(zhuǎn)化塊體 CsPbX3晶體結(jié)構(gòu)最早的研究在 1958 年26，其晶體結(jié)構(gòu)根據(jù)環(huán)境溫總能量的不同會(huì)以立方、正交和四方晶相等晶體結(jié)構(gòu)存在，其中立方晶相18。以下將以 CsPbBr3為例展開論述。對于完美的立方體晶體結(jié)構(gòu)（空間群，Pm3m）而言，CsPbX3晶體結(jié)構(gòu)子占據(jù)立方體的頂點(diǎn)，而 Pb 和 Br 組成的八面體則處于 Cs 離子框架的，如圖 1-2a 所示。當(dāng)溫度由 403 K 降到 361 K 時(shí)，PbBr64-八面體會(huì)發(fā)生傾
圖 1-2 （a）立方結(jié)構(gòu)的 CsPbBr3，（b）CsPbBr3納米晶體的透射電子顯微鏡圖，引自文獻(xiàn)[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納米晶體可在 160-200oC 下直接合成27。而較低溫度或者室溫條件下制備的 CsPbBr3納米立方體、納米片、納米線和納米球等量子點(diǎn)通常為正交相結(jié)構(gòu)（空間群，Pnma）。CsPbBr3納米晶體的尺寸較小，其 X 射線衍射（XRD）圖譜的特征峰會(huì)發(fā)生寬化，這對納米晶體晶型的判斷造成一定的干擾21,28。但正交相的 CsPbBr3納米晶體在 XRD 圖譜上 15o或者 30o左右處有著清晰的雙峰峰型，這將有助于辨別它的晶型。另外，有研究發(fā)現(xiàn)，相對于塊體的立方相CsPbBr3，納米片的衍射峰會(huì)向小角度偏移29。這些納米片的晶格間距為 0.599 nm，大于立方相 CsPbBr3塊體的 0.587 nm。這也許是質(zhì)子化的油酸配體對晶胞表面起
-3 （a）CsPbX3納米晶體的甲苯溶液在紫外燈（λ = 365 nm）照射下的代表性的發(fā)射光譜（除了 CsPbCl3樣品 λex =350 nm 外 λex = 400 nm），文獻(xiàn)[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．形貌和尺寸對熒光的影響對于半導(dǎo)體而言，只有當(dāng)納米材料尺寸小于或者與激子波爾半徑相當(dāng)時(shí)出量子限域效應(yīng)。所以控制 CsPbX3納米晶體的光譜一方面可以通過調(diào)分來實(shí)現(xiàn)，另一方面也可以通過改變晶體形貌和尺寸來完成。例如，減粒的尺寸，CsPbBr3納米晶體的吸收和發(fā)射峰的位置均發(fā)生相應(yīng)的藍(lán)移 CsPbBr3納米球和納米立方體顆粒而言，除熒光發(fā)射外，其熒光壽命也
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1 ;我國實(shí)現(xiàn)一維納米晶體精準(zhǔn)控制[J];中國粉體工業(yè);2016年05期
2 謝元彪;許俊男;陳穎
本文編號：2834008
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2834008.html
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