【摘 要】
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半导体量子点(QDs)与传统的有机发光材料和固体荧光粉相比具有尺寸可调的荧光、较大的光吸收系数、优良的光热稳定性、简单便携的溶液加工等特性,在近十几年来备受关注。QDs的研究对于其在发光二级管(LED)、光伏电池(PV)、生物标记等领域的推广应用具有非常重要的意义。基于此本论文探讨了全无机钙钛矿(CsPbX3)、碲化镉(CdTe)和掺杂钙钛矿(CsPbCl3:Mn2+)这三种QDs的有机相合成及光
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半导体量子点(QDs)与传统的有机发光材料和固体荧光粉相比具有尺寸可调的荧光、较大的光吸收系数、优良的光热稳定性、简单便携的溶液加工等特性,在近十几年来备受关注。QDs的研究对于其在发光二级管(LED)、光伏电池(PV)、生物标记等领域的推广应用具有非常重要的意义。基于此本论文探讨了全无机钙钛矿(CsPbX3)、碲化镉(CdTe)和掺杂钙钛矿(CsPbCl3:Mn2+)这三种QDs的有机相合成及光学性质研究。1.CsPbX3 QD的合成及光学性质研究。立方相结构的CsPbX3因其优异的性能在光电应用方面具有较大的应用潜力。本部分内容通过研究反应溶剂和成核-生长的相互依赖关系,在室温下合成了全系列CsPbX3 QDs(X=Cl,Br,I)。实验表明CsPbX3的半峰全宽(FWHM)、发射波长(PL)可以通过反应溶剂的极性进行调整。最终我们首次在室温下合成了立方相的CsPbI3 QDs。此外,我们还首次合成了 PL为385 nm的超小尺寸的CsPbCl3 QDs。由于合成方案中没有使用诸如ODE,DMSO,DMF等高黏度反应溶剂,使得该策略极大地减少了后续纯化所导致的表面配体的流失和不可逆的非荧光相转变。我们合成的CsPbX3 QDs敞开放置在空气里测试得到的光致发光量子产率(PL QY)接近100%,而且可以保持半年基本不衰减。近一步的核磁共振表征表明,无论是初始配对的X型还是降解杂化的L-X型配体配位模式,所有类型的配体在CsPbX3缺陷位点上均保持完全钝化。因此该合成方案将会极大的促进CsPbX3 QDs的光电应用。2.CdTe QD的合成及光学性质研究。在有机相合成高PL QY的CdTe QDs的反应中,如何避免使用如三辛基膦-碲(TOP-Te)等易然易爆的前驱体,对其在光电领域的应用推广具有重要的意义。本部分内容我们通过X-型配体作为引发剂在较低的温度下合成了 CdTe QDs。该引发剂(苯甲酰氯作为反应的引发剂同时也是一种表面配体)先诱导混合阴阳离子溶液生成CdTe团簇(MSC1),然后继续诱导生成的MSC1转化为新的临界尺寸的MSC2,最后MSC2在引发剂的诱导作用下转化为QDs。实验表明CdTe QDs的生长速率和形貌受引发剂的注入速率和浓度影响。XPS、Ramna、NMR研究表明该CdTe QDs表面由油胺、硫醇和动态变化的X-型配体配位。变温光谱和变温荧光寿命显示CdTe QDs里分别存在浅能级和深能级缺陷,而后者是不能通过氯化物等钝化处理消除的。这个简便的CdTe QDs合成方法将会促进CdTe QDs在其它领域的应用。3.CsPbCl3:Mn2+QD的合成及光学性质研究。CsPbCl3:Mn2+的稳定性和PL QY的提高是推进其应用的重要前提。在本文中,我们开发了一种在室温下自组装Mn2+掺杂CsPbCl3 QDs的方法。通过第三方引发剂(同时也是合成QDs的前驱体的芳基酰氯)诱导QDs的成核-生长过程。该方法通过调整初始反应体系里的Mn2+/Pb2+的浓度比例或者改变引发剂的滴加速率来改变Mn2+的特征PL和强度。通过芳基氯化磷作为引发剂合成的CsPbC13:Mn2+QDs具有75%的PL QY。研究发现CsPbC13基质和Mn2+之间的能量传递效率可以接近100%。该合成方法将会促进CsPbCl3:Mn2+在其它光电等领域的新应用。
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