【摘 要】
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近年来,由于高光致发光量子效率(PLQY)、高载流子迁移率、可调谐的发射波长以及窄的线宽,全无机CsPbX3(X=Cl,Br,I)钙钛矿材料成为光电材料领域的新星;钙钛矿材料可应用于LEDs、太阳能电池、光电探测器以及激光器等领域。尽管其有如此巨大的潜力,但是CsPbX3钙钛矿中Pb元素的毒性是在商业应用中不得不考虑的问题。此外,全无机CsPbX3钙钛矿稳定性较差。迄今为止,人们已经采取其他离子来
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近年来,由于高光致发光量子效率(PLQY)、高载流子迁移率、可调谐的发射波长以及窄的线宽,全无机CsPbX3(X=Cl,Br,I)钙钛矿材料成为光电材料领域的新星;钙钛矿材料可应用于LEDs、太阳能电池、光电探测器以及激光器等领域。尽管其有如此巨大的潜力,但是CsPbX3钙钛矿中Pb元素的毒性是在商业应用中不得不考虑的问题。此外,全无机CsPbX3钙钛矿稳定性较差。迄今为止,人们已经采取其他离子来部分取代或完全替代Pb的方式(如Mn2+,Sn2+和Bi3+等离子)来降低Pb的含量和提升材料的稳定性。此外,封装策略、表面配体工程以及合成后表面处理等方式也被用以提升稳定性。尽管如此,稳定性依然是人们面临的主要问题之一。与之相比,0维(0D)晶体结构的钙钛矿由一种完全离散的八面体/四面体结构组成,这种独特的完全离散的结构会使钙钛矿拥有更加优异的稳定性。此外,0D晶体结构钙钛矿大的激子结合能和独特的光电性质也吸引了广泛的注意。众所周知,纳米晶体的性能与其形貌有很强的相关性。一维半导体NRs可同时具有限域量子点和体材料晶体的特性,如量子点中的尺寸可调的带隙、载流子-载流子之间的强相互作用、强界面耦合,体材料中的吸收截面大、长距离电荷输送和分离等特性。此外,一维半导体NRs也有很多其他卓越的特性使它们脱颖而出,包括线性偏振光发射和减少激光阈值等。因此探索钙钛矿的光学性能和形貌之间的关系是十分必要的。基于此,将CsPbX3钙钛矿的发射,0D晶体结构以及1D形貌结合起来,这不仅保留了类似于CsPbX3钙钛矿的窄带发射,而且稳定性以及电学特性得到了提升,这将为其器件领域的应用提供了可能。具体的研究内容如下:(1)通过热注入法首次合成了合金化的Cs2ZnxPb1-xCl4钙钛矿纳米棒,并通过调节ZnCl2的投料量,实现了合成的纳米晶体从立方块状到六边形形状再到纳米棒形貌的演变过程;而且,Cs2ZnxPb1-xCl4纳米棒实现了类似于Cs PbCl3的发射,其发射峰位为408 nm,并且PLQY最高可达到26%;和Cs PbCl3纳米晶相比,Cs2ZnxPb1-xCl4纳米棒展现了一个更高量级的电导率;基于密度泛函理论(DFT)计算,Cs2ZnxPb1-xCl4纳米棒的发光机制归于Pb 6p,Pb 6s和Cl 3p反键轨道所形成的轨道杂化。(2)在此基础上,合成Mn2+离子掺杂的Cs2ZnxPb1-xCl4钙钛矿纳米棒,其最大光致发光量子效率达到了40.3%。并将其成功应用于LEDs制作,实现白光发射,最大外量子效率为0.3%,最大亮度为98 cd m-2。
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