CN105838366A - 一种发荧光铯铅卤族钙钛矿量子点材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种发荧光铯铅卤族钙钛矿量子点材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明是一种发荧光铯铅卤族钙钛矿量子点材料，所述的铯铅卤族钙钛矿的纳米颗粒为球形量子点形状，本发明中所述的一种发荧光铯铅卤族钙钛矿量子点材料的制备方法，所述制备方法的步骤为A、在‑25℃～100℃的温度下，将良溶剂的前驱体加入到不良溶剂中；B、观察混合后溶液的颜色变化；C、当混合后溶液的颜色改变时，则铯铅卤族钙钛矿量子点材料制成。属于化学纳米方面的技术领域。目的是提供一款铯铅卤族钙钛矿能够发出大小可调的380nm至700nm荧光，具有10nm‑35nm窄荧光发射半峰宽和高量子产率达到50‑100％；同时本方案中所述的铯铅卤族钙钛矿能够广泛的在显示器件、激光和发光二极管中使用的发荧光铯铅卤族钙钛矿量子点材料及其及其制备方法与应用。

Description

一种发荧光铯铅卤族钙钛矿量子点材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种发荧光铯卤化铅钙钛矿材料，特别是一种发荧光铯铅卤族钙钛矿材料及其制备方法与应用。
背景技术
本发明涉及具有球形形状的高效荧光铯卤化铅钙钛矿(CsPbX3中，X＝氯，溴，碘和它们的混合物)，及其制造的化学合成方法，更具体地，由于良好的结晶性能，量子点具有高发光量子产率，以及在显示器件、发光二极管和激光领域的应用。
在过去的几年中，铅卤化合物钙钛矿在薄膜，微晶，块状单晶研究方面获得了重要进展。由于其具有优秀的光电特性，在发光器件和光伏器件技术中正在成为最有希望的材料。最近报道的已经获得认证的杂化有机-无机铅卤化物MAPbX3(MA＝CH3NH3+，X＝氯离子，溴离子，和I-)作为半导体吸收体层的光电器件的能量转换效率已经达到20％以上，这是非常令人鼓舞的。
由于具有相似的光电性能，如小的激子结合能，高的热稳定性，平衡的电子和空穴迁移的寿命，全无机钙钛矿状AMX3(A＝铯；M＝Pb2+，X＝氯离子，溴离子，碘离子，或者其两种或三种卤族离子的混合物)在高效率光伏电池，发光二极管，激光器，和光探测器的上的应用具有巨大潜力。但是，迄今为止，对胶体CsPbX3纳米晶体的合成方法的报道非常有限。直到最近，胶体CsPbX3钙钛矿纳米立方体被报道可以使用高温热注入的方式得到。然而，据我们所知，目前还没有CsPbX3球形量子点的合成方法的报道。众所周知，无机纳米晶体的物理性质与其几何形状和尺寸控制息息相关，改变形状可以引起能带结构的调制，并调控光学和电子特性。
发明内容
本发明的目的是针对现有铯铅卤族钙钛矿非球形量子点的事实，提供一种发荧光铯铅卤族钙钛矿球型量子点材料及其制备方法与应用。
一种发荧光铯铅卤族钙钛矿量子点材料，所述的铯铅卤族钙钛矿的纳米颗粒为球形量子点形状。
进一步的，所述铯铅卤族钙钛矿球形量子点的光致发光量子效率值为50％-100％。
进一步的，所述铯铅卤族钙钛矿球形量子点覆盖可见光范围为380纳米至700纳米的荧光发射峰。
进一步的，所述铯铅卤族钙钛矿球形量子点的光致发光衰减寿命为1到2000纳秒。
一种发荧光铯铅卤族钙钛矿量子点材料的制备方法，所述制备方法的步骤为
A、在-25℃～100℃的温度下，将良溶剂的前驱体加入到不良溶剂中；
B、观察混合后溶液的颜色变化；
C、当混合后溶液的颜色改变时，则铯铅卤族钙钛矿量子点材料制成。
进一步的，所述A步骤中的良溶剂的前驱体为N，N-二甲基甲酰胺或四氢呋喃或二甲基亚砜；所述的不良溶剂为甲苯和己烷。
采用上述任一项中所述的发荧光铯铅卤族钙钛矿量子点材料，所述的铯铅卤族钙钛矿量子点材料应用于显示器件或激光或发光二极管中。
采用上述技术方案的有益效果是：本方案中所述的铯铅卤族钙钛矿能够发出大小可调的380nm至700nm荧光，具有10nm-35nm窄荧光发射半峰宽和高量子产率达到50-100％；同时本方案中所述的铯铅卤族钙钛矿能够广泛的在显示器件、激光和发光二极管中使用。
附图说明
图1为CsPbBr3球形量子点低分辨率透射电子显微图；
图2为高分辨透射电子显微镜的一个典型CsPbBr3球形量子点的图；
图3为能量色散谱(EDS)谱图CsPbBr3量子点图；
图4为CsPbBr2.0I1.0球形量子点5.低-分辨率TEM图；
图5为高分辨率透射电子显微镜的另一典型CsPbBr2.0I1.0球形量子点的图；
图6为光致发光性能的一系列CsPbX3的光谱。
具体实施方式
以下结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明的内容作进一步地说明。所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1和图2中所示，典型的CsPbBr3球形量子点具有的4.3纳米的平均直径。根据HRTEM图像，典型的晶面间距为3.4埃，对应于(111)，可以容易地晶面，这与无机晶体结构数据库(ICSD)编号#97851，或JCPDF#01-072-7929是一致的。合成体积为5升的高度荧光CsPbBr3胶体溶液。值得注意的是胶体溶液的荧光可以在正常室内光被直接用肉眼观察到，而无需使用附加的激发光源。
如图3至图6中所述，是从同一球形量子点材料获得的EDS光谱。我们观察到了的铯、铅和溴峰，这表明量子点主要由铯，铅和溴组成。为了分析的本发明所得到的量子点材料的光学特性，我们对CsPbBr3量子点的胶体溶液进行了光致发光发射光谱和激发光谱的测试。其中，CsPbBr3量子点大约是515纳米。由于CsPbBr3量子点(～4.3纳米)相对于它的激子玻尔半径(～7.0纳米)的尺寸较小，CsPbBr3量子点所观察到的发射峰蓝移可以用量子限制效应来解释。通过与标准样品进行比较(罗丹明101，QY＝乙醇+0.01的HCl 100％)，该量子点产品的量子产率估计为～0.81纳米。球形CsPbBr3量子点的合成方法可以适应于其它CsPbX3量子点(X＝氯离子，溴离子，碘离子及其混合物)的制备。例如，通过一个类似的过程，部分地交换溴化铅与碘化铅，我们合成了平均直径为5.0纳米的CsPbBr2.0I1.0球形量子点材料。典型透射的电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)如图4和5所示，我们获得了CsPbBr2.0I1.0球形量子点。如图6所示，本发明所得到的一系列量子点材料，如：CsPbX3蓝线：CsPbCl2Br2，绿线：CsPbBr3，橘线：CsPbBr2.0I1.0，橘线：CsPbBr1.0Br2.0，粉红线：CsPbI3的光致发光光谱。
具体实施例
实施例1：在CsPbBr3球形量子点的典型的合成方法：DMF(1毫升)和PbBr2(0.05毫摩尔)装入5毫升烧瓶中。然后，己酸(0.1毫摩尔)和辛胺(0.1毫摩尔)加入。然后，铯油酸溶液(0.05毫升，0.4摩尔/升的ODE)加入形成混合溶液。其中，铯油酸溶液的制备方法如下：碳酸铯(0.814克)装入100毫升三颈烧瓶中随着十八烯(10毫升，ODE)和油酸酸(2.5毫升)洗涤，干燥1小时，在120摄氏度，然后在N2下加热至150摄氏度，直到所有的碳酸铯与油酸反应。由于铯油酸沉淀出来ODE在室温的，它必须被预热以使其可溶性使用前。最后，0.05毫升混合溶液中加入为沿着与甲苯(2毫升)中的新烧瓶中。
实施例2：在CsPbI3球形量子点的典型合成方法：DMF(1毫升)和碘化铅(0.05毫摩尔)装入5毫升烧瓶中。然后，己酸(0.1毫摩尔)和辛胺(0.1毫摩尔)加入。加入铯油酸溶液(0.05毫升，0.4摩尔/升的ODE)溶液形成混合溶液。最后，0.05毫升混合溶液中加入为沿着与甲苯(2毫升)中的新烧瓶中。
实施例3：在CsPbCl3球形量子点的典型的合成方法：DMF(1毫升)和PbCl2(0.05毫摩尔)装入5毫升烧瓶中。然后，己酸(0.1毫摩尔)和辛胺(0.1毫摩尔)加入。的PbCl2，铯油酸溶液完全增溶(0.05毫升，0.4摩尔/升的ODE)后的溶液。最后，0.05毫升混合溶液中加入为沿着与甲苯(2毫升)中的新烧瓶中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种发荧光铯铅卤族钙钛矿量子点材料，其特征在于：所述的铯铅卤族钙钛矿的纳米颗粒为球形量子点形状。
2.根据权利要求1中所述的发荧光铯铅卤族钙钛矿量子点材料，其特征在于：所述铯铅卤族钙钛矿球形量子点的光致发光量子效率值为50％-100％。
3.根据权利要求1中所述的发荧光铯铅卤族钙钛矿量子点材料，其特征在于：所述铯铅卤族钙钛矿球形量子点覆盖可见光范围为380纳米至700纳米的荧光发射峰。
4.根据权利要求1中所述的发荧光铯铅卤族钙钛矿量子点材料，其特征在于：所述铯铅卤族钙钛矿球形量子点的光致发光衰减寿命为1到2000纳秒。
5.一种发荧光铯铅卤族钙钛矿量子点材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法的步骤为
A、在-25℃～100℃的温度下，将良溶剂的前驱体加入到不良溶剂中；
B、观察混合后溶液的颜色变化；
C、当混合后溶液的颜色改变时，则铯铅卤族钙钛矿量子点材料制成。
6.根据权利要求5中所述的发荧光铯铅卤族钙钛矿量子点材料的制备方法，其特征在于：所述A步骤中的良溶剂的前驱体为N，N-二甲基甲酰胺或四氢呋喃或二甲基亚砜；所述的不良溶剂为甲苯和己烷。
7.采用1至6任一项中所述的发荧光铯铅卤族钙钛矿量子点材料，其特征在于：所述的铯铅卤族钙钛矿量子点材料应用于显示器件或激光或发光二极管中。
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