新型低毒钙钛矿量子点的设计制备与应用

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目前,随着中国经济的蓬勃发展,我国的科学技术也是同样得到了飞速的发展,从1900年以来,全世界的人们越发的重视纳米技术这项科学技术了,同时,在这样的背景之下,研究人员发现了一种新颖的纳米材料-全无机钙钛矿量子点材料,最为引起大家关注的便是以铅元素为结构基础的钙钛矿量子点。最近一些年的研究来看,由于无机的钙钛矿量子点(QD)具有高光致发光,高量子产率(PLQYs,高达90%),波长可调,半峰宽窄,高载流子迁移率,结构可调性以及相对较低的制备成本等优点,引起了很多研究人员的关注,同时因这些特性,钙钛矿量子点在太阳能电池、光电探测器、发光二极管(LED)以及激光器等方面可以被广泛应用;然而在紫外线照射、高温和水化环境下,钙钛矿量子点是比较不稳定的,另外,铅元素毒性大的特点限制了这种材料在光电领域工业化的飞速发展。本文的主要内容便是通过热注入法制备了全无机钙钛矿量子材料,通过钆、镓来替代结构中铅元素的位点从而去制备新型的低毒含量的钙钛矿量子点材料,以及通过锂离子部分替代结构中的铯离子去探究钙钛矿量子点材料的荧光量子产率的影响因素。本文的研究成果汇总可以分为以下三个方面:(1)研究了不同稀土离子Gd3+的量掺杂Cs Pb Cl3后的荧光光谱变化,随着Gd3+和Pb2+的进料摩尔比的增加,在365 nm的紫外光照下,量子点发光从蓝光到绿光发生了转变,其次通过PPMS系统的测试,发现其在常温下是具有顺磁性质,掺杂Gd3+的钙钛矿量子点的磁性研究显示出磁热效应(在ΔH=7.0 T和T=2.5 K条件下,-ΔSMmax=2.53J kg-1K-1)。这些结果表明,钙钛矿量子点可被认为是低温应用中潜在的制冷剂。(2)研究了不同Ga3+的量掺杂Cs Pb Br3后的荧光光谱变化,随着Ga3+和Pb2+的进料摩尔比的增加,在365nm的紫外光照下,光谱会发生一个红移,并且PLQY在Ga3+和Pb2+的进料摩尔比为1:1的时候达到最高,是47%的蓝光。并且我们成功的将掺杂Ga3+的钙钛矿量子点负载到了硼酸钴晶体材料上,通过硼酸钴晶体对量子点的保护,我们发现其荧光强度在很长一段时间都没有明显的猝灭现象,这大大的就增强了钙钛矿量子的稳定性。(3)采用改进的热注入法成功合成了Li+掺杂的Cs Pb Br3钙钛矿量子点,通过不同浓度的Li+的掺杂,本文发现相对比未掺杂的钙钛矿量子点,其荧光光谱会发生蓝移的现象,本文选择用相对离子半径较小的锂离子去替代结构中铯离子,发现由于铅元素与溴元素的键角被破坏从而导致了结构中的八面体扭转角度变大,最终导致铅元素和卤素元素之间的反键轨道处的电子云与电子云间的重叠密度减小了。但是又由于两个元素之间反键相互作用减弱,钙钛矿量子点材料的带隙变宽了,最终发射峰会产生一个蓝移的现象。并且我们还发现随着掺杂浓度的提高,其荧光量子产率是先增加后降低的,在Li+和Cs+比为1.15时,荧光量子产率达到最高,为47.99%。
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