高稳定性钙钛矿纳米材料的制备及其荧光检测应用

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全无机钙钛矿(CsPbBr3)纳米晶体(NCs)是一种新型的荧光材料,因其具有高光致发光量子产率(PLQY)、较窄的发射峰半峰宽(FWHM)、载流子复合率低、缺陷容忍度高等优点倍受众多研究人员的关注,在荧光检测、发光二极管(LED)、太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。然而,钙钛矿纳米晶体在水、光和热环境中稳定性差,严重阻碍了其在荧光检测领域的应用。因此,本文以提高钙钛矿纳米晶体的稳定性为切入点,通过采取不同策略,制备出高稳定性的钙钛矿复合材料,并将其应用于荧光检测领域。具体的研究内容如下:1、基于聚合物包覆法提高钙钛矿纳米晶体的稳定性。利用溶胀-收缩的方法将CsPbBr3 NCs材料封装在聚苯乙烯(PS)微球中,研究不同实验条件对其荧光强度的影响,构建了光学特性优越和高稳定的CsPbBr3@PS NCs复合材料。结果表明,CsPbBr3@PS材料在365 nm紫外灯照射4 h后,初始PL强度仍保持在38%,而未封装的CsPbBr3材料的荧光强度仅达到1 8%,在高温条件下,新型的钙钛矿聚合纳米材料也表现出前所未有的荧光稳定性。2、通过掺杂ZIF材料原位合成高稳定性CsPbBr3@ZIF复合材料用于碘离子检测。CsPbBr3纳米晶体在ZIF材料的孔隙中原位生长,ZIF材料为CsPbBr3 NCs提供了保护壳,不仅提高了 CsPbBr3 NCs的发光强度,而且提高了其稳定性,使得CsPbBr3 NCs水稳定性7天之后仍能高达57%,光稳定性和热稳定性也有不同程度的提高。并且成功制备了基于CsPbBr3@ZIF NCs材料的荧光传感器,该荧光传感器可用于I-的高灵敏度和选择性检测,检出限为0.17 mM。因此,基于CsPbBr3@ZIF NCs材料在荧光传感领域有着广阔的应用前景。3、通过聚合物配体工程和二氧化硅封装的协同效应制备高水稳定性CsPbBr3-mPEG@SiO2 NCs材料,并将其作为一种新型的“开-关-开”荧光探针,用于水溶液中汞离子(Hg2+)和谷胱甘肽(GSH)的高灵敏度和选择性检测。本实验中研究了甲氧基聚乙二醇胺(mPEG-NH2)配体和二氧化硅包覆对CsPbBr3 NCs稳定性和水溶液荧光的影响。结果表明,钙钛矿纳米材料在水溶液中的荧光强度提高了 2.59倍,并且水稳定性也得到了极大的提高,在水中储存30天后仍保持73%的原始荧光。基于此,制备了一种新型的用于高灵敏性检测Hg2+和GSH的“开-关-开”荧光探针,检测限分别低至0.08 nM和0.19μM。因此,高效灵敏的CsPbBr3-mPEG@SiO2荧光探针在环境和生物传感领域显示出巨大的潜力。
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