Cs-Pb-X(X=Cl、Br、I)纳米晶合成优化及晶体结构的可控转变

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近年来,铯铅卤化物Cs-Pb-Br钙钛矿纳米晶因其具有形状、尺寸和发射可调谐、高光致发光量子产率(Photoluminescence Quantum Yields,PLQYs);高缺陷容忍度,窄发射线宽等优异的光学性能,而得到了广泛的研究,在光电领域如:发光二极管(LED)、太阳能电池(Solar cells)、光电探测器(Photodetector)和激光器(Lasers)等方向具有光明的前景。然而,立方CsPbBr3纳米晶在光电器件应用领域仍然受制于不稳定性:在光、热等环境下易分解;并且在极性溶剂的诱导下,易发生晶格扭曲,从而失去光学活性。相比之下,立方CsPbBr3纳米晶的衍生物六方Cs4PbBr6和四方CsPb2Br5纳米晶因其特殊的结构,具有良好的热稳定性和湿稳定性,从而引起了研究者的重点关注。然而,迄今为止,对CsPbBr3,Cs4PbBr6和CsPb2Br5纳米晶的晶相转变还缺乏系统的研究。了解这些不同类型的晶相在合成中的重要作用和其表现出的不同性质,有助于了解前驱体的调节作用,实现钙钛矿型纳米晶的进一步应用。因此本论文针对这三种不同晶相纳米晶的合成优化和晶体结构的可控转变展开研究,主要研究内容分为以下三个方面:(1)引入配体分子3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)替换油胺(OAm)修饰CsPbBr3纳米晶,利用APTES的水解性质,并通过控制APTES的水解程度,在纳米晶表面形成了一层薄的保护壳层。通过在纳米晶胶体溶液中加入极性溶剂乙醇(Ethanol,ETA)来研究其稳定性,我们发现APTES基纳米晶相比于OAm基纳米晶,不仅展现出更好的光学性能,而且在极性溶剂中的稳定性有了显著的提高。(2)选用碳酸铯(Cs2CO3),醋酸铅(Pb(Ac)2)以及三甲基甲硅烷基溴化物(TMSBr)作为独立的三个前驱体,以便精确调节前驱体的比例。通过单独增加Cs前驱体的含量,实现了均匀规则的“0D”Cs4PbBr6纳米晶的合成;并利用CsBr在水中的高溶解度,通过水诱导实现“0D”Cs4PbBr6纳米晶向“3D”CsPbBr3立方纳米晶的逆向转变。证明了钙钛矿本身的离子特性,在不同的前驱体含量环境中,存在“溶解-重结晶”过程。(3)探究反应时间以及Pb含量对纳米晶结构的影响:通过增加Pb的含量并延长反应时间保证纳米片的完全生长,实现了尺寸超过1μm,厚度为60 nm的CsPb2Br5纳米片制备。并进一步研究纯化过程对纳米片纯度的影响:发现增加纯化周期,有助于消除多余的立方CsPbBr3纳米晶,获得了纯的发光CsPb2Br5纳米片。
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