有机-无机杂化溴化物钙钛矿量子点的制备及性能研究

【摘要】：钙钛矿材料具有非常优异的发光性能,其在太阳能电池、电致发光、激光器和显示屏方面都具有很好的应用潜力。近几年钙钛矿量子点受到了越来越多的关注,针对钙钛矿量子点制备和性质方面的研究,本文做了以下的工作。首次提出一种安全、易于操作的一锅法合成CH_3NH_3PbBr_3量子点。目前,CH_3NH_3PbBr_3量子点的合成基本需要两步:即使用易燃易爆炸的甲胺和HBr合成CH_3NH_3Br,再合成CH_3NH_3PbBr_3量子点。为了避免使用危险的甲胺,本文首次提出了一种仅使用安全和商业可用的反应物(CH_3NH_3Cl,KBr和PbCl_2)的合成CH_3NH_3PbBr_3量子点的一锅法。研究发现,在CH_3NH_3PbBr_3量子点合成过程中,超声处理起到了关键的作用。如果没有超声处理,仅使用加热或搅拌处理是不能合成CH_3NH_3PbBr_3量子点的。前驱体超声处理时间不同,量子点的荧光发光波长也不同,荧光发光波长随着超声时间的增加而红移。同时超声处理的发光改变过程证明了在制备CH_3NH_3PbBr_3量子点的过程中首先形成了CH_3NH_3PbCl_3量子点,然后通过超声促进Br和Cl的交换形成CH_3NH_3PbCl_xBr_(3-x)量子点,最终形成纯的CH_3NH_3PbBr_3量子点。此外,利用该一锅合成法,通过控制超声时间,可以得到不同荧光发光波长的CH_3NH_3PbCl_xBr_(3-x)量子点。相比于以前的两步法,现在的一锅法更加简单省时,无需使用易燃易爆炸的甲胺。一锅法合成的CH_3NH_3PbBr_3量子点的荧光量子产率与两步法所合成的CH_3NH_3PbBr_3量子点的荧光量子产率基本相同。同时,除了传统的控制反应物中卤素比来调控发光,通过控制超声时间改变CH_3NH_3PbCl_xBr_(3-x)量子点的荧光发光波长也为调控此种量子点的荧光发光波长提供了一种新方法。首次提出通过配体种类控制卤素的交换过程。基于超声调控卤素交换速度,通过控制反应时间可以调控CH_3NH_3PbCl_xBr_(3-x)量子点的荧光发光波长。为了研究配体对卤素交换过程的影响,本文合成了3-巯基丙酸(MPA)配体修饰的CH_3NH_3PbCl_xBr_(3-x)量子点。通过对比其他配体和MPA配体的CH_3NH_3PbCl_xBr_(3-x)量子点的卤素交换速度,首次提出MPA的巯基会抑制反应中的卤素交换过程。此外,MPA修饰的CH_3NH_3PbCl_xBr_(3-x)量子点虽不含有手性碳原子,但却具备旋光性,这项发现将拓展钙钛矿量子点的实际应用范围。