基于有机金属卤素钙钛矿发光材料的制备及性能研究

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近些年来有机金属卤素钙钛矿纳米晶(NCs)因其量子限域效应、尺寸效应表现出优异的光电性能,如量子产率高、发光波长在整个可见及近红外光谱区连续可调、半峰宽窄、吸收系数高以及缺陷容忍度高等,使有机金属卤素钙钛矿NCs在有机光电子器件如发光二极管、太阳能电池、光检测器和激光器中得到了广泛的应用研究。尽管有机金属卤素钙钛矿NCs在很多领域取得了巨大成功,但是卤素钙钛矿材料固有的离子特性和低的生成能导致材料的稳定性差,对湿气、光、氧和高温敏感,限制了卤素钙钛矿的实际应用。故增强有机金属卤素钙钛矿材料的稳定性成为当前研究的焦点问题。针对以上问题,本论文在铅卤素钙钛矿(LHP)纳米晶的制备和稳定性的提高方面开展了以下工作:1.利用β-环糊精的疏水性空洞和CH3NH3PbBr3(MAPbBr3)量子点表面配体烷基胺的烷基发生主客体反应,合成了具有核壳结构的发光量子点MAPbBr3/β-环糊精。量子点的尺寸和发光波长可通过改变烷基胺的浓度进行调节,在对前驱液中己胺浓度优化后,MAPbBr3/β-环糊精量子点的荧光量子产率高达38%。由于环糊精的包裹作用,MAPbBr3/β-环糊精量子点具有良好的热、光照、水稳定性。MAPbBr3/β-环糊精量子点固体粉末和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)混合,以蓝光GaN LED芯片为基底,制备得到绿光LED。此外,MAPbBr3中含有的Pb属于有毒重金属,限制了MAPbBr3量子点在生物领域中的应用,而β-环糊精具有很好的生物兼容性,所以核壳结构的形成,不仅增强了MAPbBr3的稳定性,而且有望在生物医学领域得到应用,如生物成像。2.将MAPbBr3纳米晶和硅油混合掺入胺基封端的聚二甲基硅烷(PDMS-NH2)和二异氰酸甲苯酯合成的共聚物(PDMS-urea)中,制备了MAPbBr3/硅油/PDMS-urea复合胶。有趣的是该复合胶表现出极性溶剂水导致荧光增强的现象,量子产率也由最初的26.0%上升至52.2%。其原因是由于聚合物链、H3O+和OH?对MAPbBr3纳米晶表面缺陷钝化的结果。进一步研究发现,当把经过水处理的MAPbBr3/硅油/PDMS-ure复合胶放置在365 nm的紫外灯下照射和置于70°C下进行热处理时,荧光强度急速下降。然后将处理过的胶重新浸入水中,荧光强度又恢复。经过3-4个循环后,荧光下降和上升的强度趋于稳定,荧光“开和关”的比值达到4以上。MAPbBr3/硅油/PDMS-urea复合胶这一特性使得其可以作为水下发光器件和荧光开关。3.研究了溶剂稀释和有机胺配体对MAPbBr3纳米晶形貌、荧光性能和稳定性的影响。首先在50°C以油酸/油胺(OA/OLAm)为配体利用配体辅助再沉淀法(LARP)制备得到了形状不规整的MAPbBr3纳米片。将得到的纳米晶胶体溶液以甲苯稀释10倍,利用纳米晶的自组装得到形貌和尺寸分布均一的纳米片结构。所得到的纳米晶胶体溶液荧光量子产率达到90%,而且荧光强度在6个月中保持不变,具有优异的稳定性。此外通过在已有OA/OLAm配体中加入吡唑,再将前驱液加入到反溶剂甲苯中制备了形貌均一的具有圆形角的纳米片。由于吡唑双齿配体的特性,所制备的纳米片呈一定程度的聚集状态。同样,将所制备的纳米片胶体溶液稀释10倍,纳米片经过自组装同样获得了形貌和尺寸均匀、排列规整的方形纳米片。
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