论文部分内容阅读
近年来有机无机金属卤化物钙钛矿在光伏器件中的成功应用引起了研究者的广泛关注,而全无机卤化铅铯钙钛矿CsPbX3(X=Cl,Br,I)量子点因其具有高光致发光量子产率、发光谱线窄、发射光谱可调以及更高稳定性等优点,目前被广泛应用于太阳能电池、激光器和发光二极管等光伏器件及光电器件领域。但全无机铅卤钙钛矿本征结构稳定性差,对水、光和热的环境耐受性差,易出现荧光猝灭现象,阻碍量子点的进一步应用和发展。本文首先使用简便、有效的室温反溶剂法合成有机-无机杂化CsmMA0.4-mPbBr3和全无机CsPbX3(X=Br,Cl/Br)钙钛矿量子点,通过溶剂热挥发法和静电纺丝法与聚苯乙烯(PS)高分子形成复合薄膜或微球,进一步提高了量子点的空气稳定性和光稳定性。论文研究内容及结果如下:1.利用反溶剂法,以DMF为良性溶剂溶解溴化铯(CsBr)和溴化铅(PbBr2),十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面配体,无水甲苯为不良溶剂,实现一系列不同组分CsmMA0.4-mPbBr3(m=0,0.1,0.2,0.3,0.4)量子点的室温合成。通过结构和光学性能分析发现,所制备的钙钛矿量子点为立方相结构,当m从0.1增加到0.3,量子点的尺寸从18 nm减小到10 nm,荧光发射峰呈现出蓝移的现象,而m=0的MAPbBr3形貌为纳米片。当m=0.2时,量子点的荧光和空气稳定性最强,5天内荧光强度仅下降36.6%。2.使用DTAB、CTAB、STAB三种不同链长的烷基溴化铵作为表面配体,不同链长烷基溴化铵制备的CsPbBr3量子点均为立方相钙钛矿晶体结构。DTAB、CTAB、STAB-CsPbBr3的平均粒径分别为10.5 nm,11.9 nm和13.9 nm,对应荧光发射峰分别位于512 nm,513 nm和514nm,PL强度先增后减,在CTAB-CsPbBr3处达到最大值。由此,确定CTAB为最佳配体,最佳用量为0.04 mmol。进一步通过部分Cl-取代合成出发明亮蓝光的CsPbBr1.5Cl1.5量子点,使其荧光发射峰从513 nm蓝移到470 nm。对室温反溶剂法合成的OLA-CsPbBr3和CTAB-CsPbBr3的比较研究表明,合成的CTAB-CsPbBr3量子点在10天内PL强度降低22.4%,在经过5小时的紫外光光照下PL降低73.3%,表现出的空气稳定性和光稳定性都比OLA-CsPbBr3量子点高。机理研究表明,CTAB中烷基链阳离子CTA+具有较大空间位阻,分布在八面体PbBr64-的外围形成保护层,可在一定程度上阻止量子点间的聚集。CTAB中Br-作为额外的溴源供体,可以减少VBr(溴缺陷)的形成,生成更多结构完整的PbBr64-八面体,具有表面自钝化作用。3.使用溶剂热挥发法分别制备出绿色荧光的CTAB-CsPbBr3@PS 薄膜和蓝色荧光的 CTAB-CsPbBr1.5Cl1.5@PS 薄膜,采用静电纺丝法制备出对应组分PS微球。通过PL表征比较得出聚合物薄膜中CTAB-CsPbBr3的最佳负载量为10 wt%,通过SEM表征比较得出聚合物微球的最佳纺丝条件:聚合物浓度:15%;推进速率:20 μl min-1;纺丝距离:25 cm。CLSM(激光共聚焦荧光显微镜)结果表明,得到的聚合物微球的直径约为10 μm,量子点能均匀分散在PS基质中。对比发现CsPbX3(X=Br,Cl/Br)@PS微球比纯CsPbX3(X=Br,Cl/Br)量子点溶液或PS薄膜的空气、光稳定性更好,经过放置10天后或5小时的紫外光照射处理后,量子点微球稳定化处理后PL强度基本不变。