硼硅酸盐玻璃中原位析出CsPbBr3钙钛矿量子点及其构效调控机理研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yfan828
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发光材料广泛应用于光电子领域,在我们的社会发展中起着重要作用,并直接到影响我们的日常生活。发光材料的质量特别重要,这取决于一些关键因素,包括量子产率、光学纯度和光谱稳定性。铯铅卤化物钙钛矿(Cs Pb X3,X=Cl,Br,I)量子点材料具有优异的光电特性,拥有窄带发射光谱、较高的光致发光量子产率、全光谱可调,因此成为了近年来被广泛研究的热门材料,在太阳能电池、LED照明和激光等应用领域有巨大的潜力。钙钛矿量子点材料具有离子晶体的特性,在潮湿、高温环境下晶体结构易被破坏,因此较差的稳定性限制了其广泛应用。稳定性问题是铯铅卤化物钙钛矿量子点材料亟待解决的问题。玻璃基质被认为是一种良好的载体,利用高温融熔法制备玻璃、整体析晶法使铯铅卤化物钙钛矿量子点在玻璃中原位结晶,大幅度提高了钙钛矿量子点的稳定性。因此我们有针对性的采取了高温融熔法制备钙钛矿量子点玻璃,利用玻璃结构调控、掺杂等构效调控策略实现了发光可调,提高了材料的光致发光强度以及稳定性。具体包括以下三个部分的内容:1、玻璃结构调控。通过常规的熔融淬火工艺和随后的热处理制备了掺有Cs Pb Br3量子点的玻璃,该玻璃具有良好的热稳定性和光学性能。观察到了窄的可见光致发光发射带(508-528nm),随着B2O3浓度的变化其发光峰位置发生了变化,并且发射强度发生了显著变化。透射电子显微镜显示,随着玻璃成分的变化,量子点的尺寸和数量也发生了变化。光致发光寿命衰减时间约为39.73-8.39ns,并且随着量子点尺寸的增加而呈现减小趋势。随着B2O3浓度的降低,玻璃的网络结构呈现出高聚集态,从而为量子点提供了足够的生长空间。发现可以通过改变玻璃网络结构来调控量子点玻璃的发光。2、Ag纳米颗粒掺杂。通过常规的熔融淬火工艺和随后的热处理制备了Ag纳米颗粒掺杂的Cs Pb Br3钙钛矿量子点玻璃。Ag纳米颗粒和Cs Pb Br3钙钛矿量子点共存于玻璃样品的TEM图像中。发射光谱表明,摩尔比为0.1%的Ag2O掺杂样品的光致发光强度是未掺杂样品的2.37倍。这种发光增强是由Ag纳米颗粒和Cs Pb Br3钙钛矿量子点之间的局部表面等离子体共振耦合产生的。Ag2O过量掺杂会导致Ag纳米颗粒表面等离子体共振的光谱自吸收而削弱光致发光强度。表面等离子体共振的自吸收不利于发光性能,因为它会增加通过非辐射弛豫途径进行的光生电荷载体的数量。另外,Ag纳米颗粒掺杂的Cs Pb Br3钙钛矿量子点玻璃拥有极好的稳定性。Ag纳米颗粒掺杂的Cs Pb Br3钙钛矿量子点玻璃的研究为钙钛矿量子点光电器件的未来发展提供了新思路。3、碱金属Li+掺杂。通过常规的熔融淬火工艺和随后的热处理制备了的Cs Pb Br3钙钛矿量子点玻璃。通过XRD和TEM证明了Cs Pb Br3钙钛矿量子点成功在玻璃基质中原位析出。通过对红外光谱的观察可以看出,玻璃内部网络结构未发生较明显变化,得出结论,Li+的掺杂并没有导致玻璃结构的变化,也没有取代Cs Pb Br3量子点的Cs格位。随着Li掺杂量增多,光致发光强度与量子产率均呈现升高的趋势。进一步对荧光寿命进行分析,发现随着引入的Li离子增加,荧光寿命呈现了寿命增加,表明了非辐射跃迁减少,进而证明了Li+掺杂可能导致玻璃中Cs Pb Br3钙钛矿量子点的表面缺陷减少。
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