金屬鹵化鈣鈦礦的合成及其在LED和熒光傳感中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2020-12-18 11:02
金屬鹵化APbX3（A=CH3NH3+,CH（NH2）2+,Cs+;X=Cl-,Br-,I-）鈣鈦礦納米晶（Perovskite nanocrystals,PNCs）具有較高的光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQYs）、較窄的發(fā)射峰半峰寬（FWHM）、較高的缺陷容忍度、帶隙可調(diào)節(jié)和較高的載流子遷移率等諸多優(yōu)異的光電性質(zhì),在太陽能電池、發(fā)光二極管（Light emitting diode,LED）、激光器、光催化,甚至是分析檢測領(lǐng)域都展現(xiàn)出了極高的應(yīng)用潛力。作為時(shí)下的熱點(diǎn)材料之一,PNCs的發(fā)展還是受到兩大因素的制約,包括結(jié)構(gòu)中Pb的毒性和材料的不穩(wěn)定性。本文以降低PNCs的毒性和提高PNCs穩(wěn)定性的方向?yàn)榍腥朦c(diǎn),制備出新型PNCs材料,并研究其在LED器件和熒光傳感中的應(yīng)用。主要的研究內(nèi)容包括:（1）建立新型摻雜方法提高M(jìn)n2+摻雜量以降...
【文章來源】：閩南師范大學(xué)福建省
【文章頁數(shù)】：90 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖
閩南師范大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文-4-(1)通過鹵素離子交換和尺寸調(diào)控容易控制發(fā)射光譜覆蓋到整個(gè)可見光譜范圍：由Cl-→Br-→I-的逐步陰離子交換可使發(fā)射光譜紅移并變寬，反之使發(fā)射光譜藍(lán)移并變窄。由于量子限域效應(yīng)的存在，通過控制合成鈣鈦礦的晶體尺寸也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射光譜的調(diào)控，例如在一定的發(fā)射波長范圍內(nèi)，發(fā)射光譜將隨著鈣鈦礦尺寸的增大而整體紅移，反之則整體藍(lán)移。(2)超高的光致發(fā)光量子產(chǎn)率（Photoluminescencequantumyields,PLQYs）：以全無機(jī)鈣鈦礦為例，通過簡單便捷的材料合成操作，即可制備出尺寸均一、排列有序且PLQYs超過90%的綠光CsPbBr3和紅光CsPbI3鈣鈦礦納米晶（Perovskitenanocrystals,PNCs）產(chǎn)品。(3)發(fā)射光譜和半峰寬較窄：鈣鈦礦納米材料的半峰寬（Fullwidthathalf-maximum,FWHM）約為12~40nm，小于傳統(tǒng)的IIB-IVA量子點(diǎn)的約30~50nm和IIIA-VA量子點(diǎn)的約40~60nm。較窄的FWHM使產(chǎn)品具備高色純的性能。(4)色域?qū)挘衡}鈦礦納米材料包含著高飽和度和高亮度的豐富色彩，能夠滿足照明材料中寬色域和高顯色指數(shù)照明的要求，在美國國家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（Nationaltelevisionstandardscommittee,NTSC）下的色域值已經(jīng)高達(dá)140%。(5)缺陷容忍度高：PNCs屬于離子型晶體，形成能較低，但其缺陷容忍度卻比傳統(tǒng)的InP和CdSe量子點(diǎn)要高的多，它不需要過多的表面鈍化和保護(hù)就可以獲得較高的PLQYs。(6)合成鈣鈦礦納米材料的成本低廉，制備方案簡便多樣。圖1.2鈣鈦礦納米材料的優(yōu)異特性[39]
第一章緒論-7-Cs4PbX6結(jié)構(gòu)和富鹵化鉛的CsPb2X5結(jié)構(gòu)，而這些CsxPbyXz結(jié)構(gòu)在特定條件下可以發(fā)生相變而互相轉(zhuǎn)化（圖1.3g）。L.Manna課題組展示了一項(xiàng)研究成果報(bào)道了這種相變的轉(zhuǎn)化過程[57]。他們首先使用HI法在富含Cs+的環(huán)境中制備單分散六方晶型的Cs4PbX6PNCs，再添加PbBr2前驅(qū)液，溶液開始變綠進(jìn)而相變轉(zhuǎn)化為立方晶型的CsPbX3PNCs。隨后Q.Zhang和Y.Yin等人也報(bào)道了類似的相變研究[60]。他們將分散在正己烷中不發(fā)光的Cs4PbX6PNCs溶液層附在水層界面上，因CsX在水中的溶解度非常高，晶體中多余的CsX不斷被剝離，明亮的綠色發(fā)光逐漸從油/水界面延伸到有機(jī)相中，這證明分散在有機(jī)相中的Cs4PbX6PNCs在存在水的環(huán)境中很容易轉(zhuǎn)化為高發(fā)光CsPbX3PNCs。更重要的是，由于水處理期間對(duì)晶體產(chǎn)生了鈍化效果，通過這種相變法獲得的CsPbX3PNCs比使用HI法制備的產(chǎn)品更加穩(wěn)定，這一發(fā)現(xiàn)也為合成均勻的CsPbX3PNCs提供了一種新穎而簡便的方法。圖1.3鈣鈦礦合成方法(a)高溫?zé)嶙⑸浞╗42]；(b)室溫配體輔助重結(jié)晶沉淀法[43]；(c)超聲法[47]；(d)研磨法[50]；(e)陰離子交換法[53]；(f)陽離子交換法[59]；(g)相變法[57]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]金屬鹵化物鈣鈦礦光催化的研究進(jìn)展[J]. 李鑫,張?zhí)?王甜,趙一新. 化學(xué)學(xué)報(bào). 2019(11)
[2]鈣鈦礦材料在激光領(lǐng)域的研究進(jìn)展[J]. 王蘭,董淵,高嵩,陳奎一,房法成,金光勇. 中國光學(xué). 2019(05)
[3]鈣鈦礦發(fā)光二極管穩(wěn)定性研究進(jìn)展[J]. 謝淦澂,彭俊彪. 光電子技術(shù). 2019(03)
[4]多色高發(fā)光效率CsPbX3（X=Cl,Br,I）鈣鈦礦量子點(diǎn)的制備及其在發(fā)光二極管中的應(yīng)用[J]. 黃國斌,駱登峰,張茂升. 應(yīng)用化學(xué). 2019(08)
[5]高效綠光鈣鈦礦發(fā)光二極管研究進(jìn)展[J]. 瞿子涵,儲(chǔ)澤馬,張興旺,游經(jīng)碧. 物理學(xué)報(bào). 2019(15)
[6]藍(lán)光鈣鈦礦發(fā)光二極管:機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J]. 段聰聰,程露,殷垚,朱琳. 物理學(xué)報(bào). 2019(15)
[7]全無機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)的研究進(jìn)展[J]. 王恩勝,余麗萍,廉世勛,周文理. 材料導(dǎo)報(bào). 2019(05)
[8]無機(jī)鉛鹵鈣鈦礦納米晶的合成、性能及應(yīng)用[J]. 樓孫棋,宣曈曈,郁彩艷,李會(huì)利. 應(yīng)用化學(xué). 2016(09)
[9]新型有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦發(fā)光材料的研究進(jìn)展[J]. 肖娟,張浩力. 物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2016(08)
[10]具有優(yōu)異發(fā)光性能的鈣鈦礦量子點(diǎn)研究進(jìn)展[J]. 劉翔凱,李澤華,張發(fā)煥,皮孝東. 半導(dǎo)體技術(shù). 2016(04)
本文編號(hào)：2923889
【文章來源】：閩南師范大學(xué)福建省
【文章頁數(shù)】：90 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖
閩南師范大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文-4-(1)通過鹵素離子交換和尺寸調(diào)控容易控制發(fā)射光譜覆蓋到整個(gè)可見光譜范圍：由Cl-→Br-→I-的逐步陰離子交換可使發(fā)射光譜紅移并變寬，反之使發(fā)射光譜藍(lán)移并變窄。由于量子限域效應(yīng)的存在，通過控制合成鈣鈦礦的晶體尺寸也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射光譜的調(diào)控，例如在一定的發(fā)射波長范圍內(nèi)，發(fā)射光譜將隨著鈣鈦礦尺寸的增大而整體紅移，反之則整體藍(lán)移。(2)超高的光致發(fā)光量子產(chǎn)率（Photoluminescencequantumyields,PLQYs）：以全無機(jī)鈣鈦礦為例，通過簡單便捷的材料合成操作，即可制備出尺寸均一、排列有序且PLQYs超過90%的綠光CsPbBr3和紅光CsPbI3鈣鈦礦納米晶（Perovskitenanocrystals,PNCs）產(chǎn)品。(3)發(fā)射光譜和半峰寬較窄：鈣鈦礦納米材料的半峰寬（Fullwidthathalf-maximum,FWHM）約為12~40nm，小于傳統(tǒng)的IIB-IVA量子點(diǎn)的約30~50nm和IIIA-VA量子點(diǎn)的約40~60nm。較窄的FWHM使產(chǎn)品具備高色純的性能。(4)色域?qū)挘衡}鈦礦納米材料包含著高飽和度和高亮度的豐富色彩，能夠滿足照明材料中寬色域和高顯色指數(shù)照明的要求，在美國國家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（Nationaltelevisionstandardscommittee,NTSC）下的色域值已經(jīng)高達(dá)140%。(5)缺陷容忍度高：PNCs屬于離子型晶體，形成能較低，但其缺陷容忍度卻比傳統(tǒng)的InP和CdSe量子點(diǎn)要高的多，它不需要過多的表面鈍化和保護(hù)就可以獲得較高的PLQYs。(6)合成鈣鈦礦納米材料的成本低廉，制備方案簡便多樣。圖1.2鈣鈦礦納米材料的優(yōu)異特性[39]
第一章緒論-7-Cs4PbX6結(jié)構(gòu)和富鹵化鉛的CsPb2X5結(jié)構(gòu)，而這些CsxPbyXz結(jié)構(gòu)在特定條件下可以發(fā)生相變而互相轉(zhuǎn)化（圖1.3g）。L.Manna課題組展示了一項(xiàng)研究成果報(bào)道了這種相變的轉(zhuǎn)化過程[57]。他們首先使用HI法在富含Cs+的環(huán)境中制備單分散六方晶型的Cs4PbX6PNCs，再添加PbBr2前驅(qū)液，溶液開始變綠進(jìn)而相變轉(zhuǎn)化為立方晶型的CsPbX3PNCs。隨后Q.Zhang和Y.Yin等人也報(bào)道了類似的相變研究[60]。他們將分散在正己烷中不發(fā)光的Cs4PbX6PNCs溶液層附在水層界面上，因CsX在水中的溶解度非常高，晶體中多余的CsX不斷被剝離，明亮的綠色發(fā)光逐漸從油/水界面延伸到有機(jī)相中，這證明分散在有機(jī)相中的Cs4PbX6PNCs在存在水的環(huán)境中很容易轉(zhuǎn)化為高發(fā)光CsPbX3PNCs。更重要的是，由于水處理期間對(duì)晶體產(chǎn)生了鈍化效果，通過這種相變法獲得的CsPbX3PNCs比使用HI法制備的產(chǎn)品更加穩(wěn)定，這一發(fā)現(xiàn)也為合成均勻的CsPbX3PNCs提供了一種新穎而簡便的方法。圖1.3鈣鈦礦合成方法(a)高溫?zé)嶙⑸浞╗42]；(b)室溫配體輔助重結(jié)晶沉淀法[43]；(c)超聲法[47]；(d)研磨法[50]；(e)陰離子交換法[53]；(f)陽離子交換法[59]；(g)相變法[57]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]金屬鹵化物鈣鈦礦光催化的研究進(jìn)展[J]. 李鑫,張?zhí)?王甜,趙一新. 化學(xué)學(xué)報(bào). 2019(11)
[2]鈣鈦礦材料在激光領(lǐng)域的研究進(jìn)展[J]. 王蘭,董淵,高嵩,陳奎一,房法成,金光勇. 中國光學(xué). 2019(05)
[3]鈣鈦礦發(fā)光二極管穩(wěn)定性研究進(jìn)展[J]. 謝淦澂,彭俊彪. 光電子技術(shù). 2019(03)
[4]多色高發(fā)光效率CsPbX3（X=Cl,Br,I）鈣鈦礦量子點(diǎn)的制備及其在發(fā)光二極管中的應(yīng)用[J]. 黃國斌,駱登峰,張茂升. 應(yīng)用化學(xué). 2019(08)
[5]高效綠光鈣鈦礦發(fā)光二極管研究進(jìn)展[J]. 瞿子涵,儲(chǔ)澤馬,張興旺,游經(jīng)碧. 物理學(xué)報(bào). 2019(15)
[6]藍(lán)光鈣鈦礦發(fā)光二極管:機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J]. 段聰聰,程露,殷垚,朱琳. 物理學(xué)報(bào). 2019(15)
[7]全無機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)的研究進(jìn)展[J]. 王恩勝,余麗萍,廉世勛,周文理. 材料導(dǎo)報(bào). 2019(05)
[8]無機(jī)鉛鹵鈣鈦礦納米晶的合成、性能及應(yīng)用[J]. 樓孫棋,宣曈曈,郁彩艷,李會(huì)利. 應(yīng)用化學(xué). 2016(09)
[9]新型有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦發(fā)光材料的研究進(jìn)展[J]. 肖娟,張浩力. 物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2016(08)
[10]具有優(yōu)異發(fā)光性能的鈣鈦礦量子點(diǎn)研究進(jìn)展[J]. 劉翔凱,李澤華,張發(fā)煥,皮孝東. 半導(dǎo)體技術(shù). 2016(04)
本文編號(hào)：2923889
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