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无机铅卤钙钛矿一般是指由元素Cs、Pb和卤素(Cl、Br、I)按照一定的比例组成的化合物,具有制备工艺简单、成本低、荧光量子效率高、色域广以及窄带发光等优势,在发光二极管、光电探测器及太阳能电池等多个领域具有广阔的应用前景,但是毒性和稳定性差限制了其实际应用。 本论文通过控制反应条件,实现了在不同钙钛矿体系中掺杂Mn2+与体系中pb2+的离子互换,并且研究了离子交换的机理。既能达到降低pb2+离子含量减小毒性的目的,又能调控荧光颜色。主要工作如下: (1)我们先用高温注射法,在150°C下合成了不同Mn2+掺杂浓度的CsPbCl3:xmol%Mn2+样品,并对其晶型、形貌和荧光光谱进行了分析。研究表明,掺杂不同浓度Mn2+离子的样品均呈现四方晶相,且晶粒尺寸分布均匀。在365nm紫外光的激发下,随Mn2+初始掺杂浓度由0mol%逐渐增加到40mol%,400nm处激子发光峰强度逐渐增强;当掺杂浓度高于40mol%后,可以明显地观察到Mn2+在600nm处的发光峰。同时通过能谱测试得到Mn2+的最大替换率为10.0%。 (2)为了Mn2+能够更多地替代pb2+离子降低材料的毒性,我们首次利用阳离子交换的方法合成了Cs(Pb1-xMnx)Cl3纳米晶,并研究了pb2+和Mn2+之间的阳离子交换机理。我们设计了以下两种实验方案:其一,首先合成CsPbCl3钙钛矿,保持反应温度不变将MnCl2的溶解液加入CsPbCl3样品中,合成Cs(Pb1-x/Mnx)Cl3样品,并对其晶相、形貌及荧光光谱等进行了测试。研究表明,在不同反应时间下,样品均呈现良好的四方相结构;加入Mn2+后,样品在365nm紫外光激发下荧光光谱由单一发光峰变成双发光峰,且Mn2+发光峰随反应时间增加荧光强度增加;在CIE色坐标图中可以较直观地发现随反应时间增加,样品的发光呈现由蓝光向橙光的线性变化。其二,先合成了CsMnCl3纳米晶,然后加入PbCl2的溶解液,对样品的形貌、晶相及荧光光谱等进行了测试。研究表明,CsMnCl3纳米晶呈现六方相结构,当体系中加入pb2+后,样品会转变成四方晶相,且随反应时间继续增加晶相不再发生改变;通过能谱测试得到Mn2+的最大替换率达到了24.4%;同时加入pb2+后,样品在365nm激发光下荧光光谱由在可见光范围内没有发光峰变成双发光峰,且随反应时间增加,激子发光峰强度先增加后减弱。最后,详细分析了阳离子交换的机理。 (3)通过离子交换的方法合成了Cs(Pb1-x/Mnx)(Cl/Br)3纳米晶。首先合成了CsPb(Cl/Br)3钙钛矿,研究了Mn2+与CsPb(Cl/Br)3钙钛矿发生阳离子交换后制备的样品Cs(Pb1-x/Mnx)(Cl/Br)3随反应时间变化其形貌、晶相及荧光光谱的变化。研究表明,随反应时间增加,Cs(Pb1-x/Mnx)(Cl/Br)3样品的晶相和形貌未发生明显改变,但其荧光光谱由单发光峰变成双发光峰,且Mn2+的发光强度逐渐增加。