CN110628428A - 一种铯铅卤钙钛矿量子点的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铯铅卤钙钛矿量子点的制备方法，使用研磨机将铯源、铅源和卤素的前驱体混合研磨0.5～2h，研磨结束后得到铯铅卤钙钛矿量子点。与现有技术相比，本发明制备方法操作简单，工艺流程大大缩减，耗能降低，易于控制元素化学计量比，克服了现有技术中生产铯铅卤钙钛矿量子点需要苛刻的合成条件的弊端，使得铯铅卤钙钛矿量子点的工业化生产容易实施、容易调变，并可达到与现有生产方法相同的性能；仅需在制备过程中调变加入的铯源前驱体、铅源前驱体或卤素前驱体中氯、溴或碘的比例，便可制备发光波长范围不同的铯铅卤钙钛矿量子点。

Description

一种铯铅卤钙钛矿量子点的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及量子点纳米发光材料领域，尤其是涉及一种铯铅卤钙钛矿量子点的制备方法及其应用。
背景技术
量子点是指由少量原子组成，电子运动在各个方向上均受到限制的纳米颗粒。量子点最显著的特征是具有量子限域效应，其带隙随尺寸的改变会发生显著的变化。此外，量子点还具有尺寸效应、表面效应、隧穿效应等特性，这使它们在光电器件领域扮演着重要的角色。传统的Ⅱ-Ⅵ族量子点(CdSe等)的发光强烈地依赖于其量子限域效应，发光位置会随着量子点尺寸的改变而改变，通常会导致发射谱宽化；极大的比表面积使表面陷阱状态密度很高，为提高其量子产率，通常需要对其进行包壳处理；当量子点的溶液浓度很高或者成膜时会表现出强烈的自吸收效应；传统的Ⅱ-Ⅵ族量子点的合成的重复性并不高，很难获得具有相同尺寸分布的量子点；此外传统量子点发光位置会随着温度的改变而改变。以上这些缺点大大限制了传统量子点在实际生产中的推广和应用。
作为量子点家族的新成员，铯铅卤(CsPbX3)族钙钛矿量子点具有诸多优异的性能，具体体现在量子产率高、单分散性好、发射谱半峰宽窄、荧光位置随成份可调、稳定性高、合成工艺简便等方面，这使CsPbX3族量子点在包括LED、光电探测器、量子点激光器、太阳能电池等功能器件上具有极高的应用价值。
目前铯铅卤钙钛矿量子点的合成方法有很多，其中最典型的是L.Protesescu等人报道的高温热注入法，此法需在200℃左右的高温下，利用惰性气体营造无氧环境来完成反应，该方法可以获得结晶较好的CsPbX3纳米晶(Nano Lett.2015,15,3692-3696)。此外，还有溶剂热法、化学气相沉积等方法也可获得CsPbX3纳米晶。但上述方法通常需要惰性气体保护、高温、高压等苛刻的实验条件，而且操作流程复杂，无法实现商业化以及大批量生产。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种铯铅卤钙钛矿量子点的制备方法及其应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明中铯铅卤钙钛矿量子点的制备方法，使用研磨机将铯源、铅源和卤素的前驱体混合研磨0.5～2h，研磨结束后得到铯铅卤钙钛矿量子点。现有技术中制备铯铅卤钙钛矿量子点需要一定温度、一定气氛和其他苛刻的条件才能实现，而本发明仅通过三种前驱体进行充分研磨获得，通过研磨过程中的挤压、碰撞产生的温度使得大部分的前驱体分解，进一步发生化学反应而生成部分的纯相，以此获得铯铅卤钙钛矿量子点。
本发明技术方案采用三种前驱体中铯源前驱体或/和铅源前驱体中可为卤化铯、卤化铅，因此卤素前驱体可由该两者替代。
进一步地，研磨前三种前驱体组成的混合物中铯、铅和卤素的原子摩尔比为1:1:3。
进一步地，所述的铯源前驱体为碳酸铯、卤化铯和乙酸铯中的一种。充分的研磨过程中碳酸铯、乙酸铯可实现75％以上的分解，以此形成单相的铯铅卤钙钛矿，而75％的转化率以完全满足工业化生产的需求。
进一步地，所述的铅源前驱体为卤化铅、氧化铅和乙酸铅中的一种。充分的研磨过程中乙酸铅可实现75％以上的分解。
进一步地，所述的卤素前驱体为卤化铅、卤化铯或卤化氨中的一种或多种。
进一步地，其特征在于，铯源前驱体、铅源前驱体或卤素前驱体中的卤元素为氯、溴或碘中的一种或多种。
本发明中制备的铯铅卤钙钛矿量子点的在纳米发光材料领域的应用，所述的铯铅卤钙钛矿量子点的发光峰范围可覆盖整个可见光区域。
进一步地，通过调变加入的铯源前驱体、铅源前驱体或卤素前驱体中氯、溴或碘的比例，制备发光波长范围不同的铯铅卤钙钛矿量子点。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)制备方法操作简单，工艺流程大大缩减，耗能降低，易于控制元素化学计量比，克服了现有技术中生产铯铅卤钙钛矿量子点需要苛刻的合成条件的弊端，使得铯铅卤钙钛矿量子点的工业化生产容易实施、容易调变，并可达到与现有生产方法相同的性能。
2)仅需在制备过程中调变加入的铯源前驱体、铅源前驱体或卤素前驱体中氯、溴或碘的比例，便可制备发光波长范围不同的铯铅卤钙钛矿量子点。
附图说明
图1为实施实例1～5中钙钛矿量子点发射光谱图。
图2为实施实例3中钙钛矿量子点的透射电镜图。
图3为实施实例1中钙钛矿量子点的高倍透射电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
室温下称取0.5mmol碳酸铯、1mmol氯化铅，1mmol氯化铵置于研钵中，研磨2h后，所得粉末即为钙钛矿量子点。
对所得钙钛矿量子点进行发射光谱图的表征，结果参见图1，由此可见其发光区间为380nm～440nm。
通过高倍透射电镜对本实施例中钙钛矿量子点进行表征，参见图3，由图3可知制备得到的钙钛矿量子点构成类正方形的整体形貌，其中晶面间距为5.83埃，可见从微观结构上通过本方法制备的钙钛矿量子点与通过现有的方法制备的从微观结构上相同。
实施例2
室温下称取1mmol碳酸铯、1mmol氯化铅，1mmol氯化氨，1mmol溴化铅，1mmol溴化铵置于研钵中，研磨1h后，所得粉末即为钙钛矿量子点。
对所得钙钛矿量子点进行发射光谱图的表征，结果参见图1，由此可见其发光区间为400nm～500nm。
实施例3
室温下称取0.5mmol碳酸铯、1mmol溴化铅，1mmol溴化铵置于研钵中，研磨0.5h后，所得粉末即为钙钛矿量子点。
对所得钙钛矿量子点进行发射光谱图的表征，结果参见图1，由此可见其发光区间为460nm～560nm。
通过透射电镜对本实施例中钙钛矿量子点进行表征，参见图2，由图2可知钙钛矿量子点的平面构型为类正方形或长方形。
实施例4
室温下称取1mmol碳酸铯、2mmol溴化铅，1mmol碘置于研钵中，研磨1h后，所得粉末即为钙钛矿量子点。
对所得钙钛矿量子点进行发射光谱图的表征，结果参见图1，由此可见其发光区间为520nm～650nm。
实施例5
室温下称取0.5mmol碳酸铯、1mmol碘化铅，1mmol碘化铵置于研钵中，研磨2h后，所得粉末即为钙钛矿量子点。
对所得钙钛矿量子点进行发射光谱图的表征，结果参见图1，由此可见其发光区间为600nm～750nm。
由以上实施例可见，本技术方案中可调变加入的铯源前驱体、铅源前驱体或卤素前驱体中氯、溴或碘的比例，制备发光波长范围不同的铯铅卤钙钛矿量子点，因此本技术方案是完全可以实现工业化生产的。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铯铅卤钙钛矿量子点的制备方法，其特征在于，使用研磨机将铯源、铅源和卤素的前驱体混合研磨0.5～2h，研磨结束后得到铯铅卤钙钛矿量子点。
2.根据权利要求1所述的一种铯铅卤钙钛矿量子点的制备方法，其特征在于，研磨前三种前驱体组成的混合物中铯、铅和卤素的原子摩尔比为1:1:3。
3.根据权利要求1所述的一种铯铅卤钙钛矿量子点的制备方法，其特征在于，所述的铯源前驱体为碳酸铯、卤化铯和乙酸铯中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种铯铅卤钙钛矿量子点的制备方法，其特征在于，所述的铅源前驱体为卤化铅、氧化铅和乙酸铅中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种铯铅卤钙钛矿量子点的制备方法，其特征在于，所述的卤素前驱体为卤化铅、卤化铯或卤化氨中的一种或多种。
6.根据权利要求3～5中任一项所述的一种铯铅卤钙钛矿量子点的制备方法，其特征在于，铯源前驱体、铅源前驱体或卤素前驱体中的卤元素为氯、溴或碘中的一种或多种。
7.一种权利要求1中制备的铯铅卤钙钛矿量子点的在纳米发光材料领域的应用，其特征在于，所述的铯铅卤钙钛矿量子点的发光峰范围可覆盖整个可见光区域。
8.根据权利要求7所述的铯铅卤钙钛矿量子点的在纳米发光材料领域的应用，其特征在于，通过调变加入的铯源前驱体、铅源前驱体或卤素前驱体中氯、溴或碘的比例，制备发光波长范围不同的铯铅卤钙钛矿量子点。
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