锆/铪/钒基非铅钙钛矿纳米晶体的合成与光学性质研究摘要
非铅钙钛矿是近年来兴起的一类半导体材料,在光伏发电、电致发光、光催化还原和有机合成、X射线成像、光探测等领域具有广泛的应用前景。非铅钙钛矿纳米晶体通常是指尺寸从几纳米至数十纳米不等的小晶体。与宏观材料(钙钛矿单晶体或微晶体)相比,量子限域的钙钛矿纳米晶体具有尺寸可调的带隙和更高的吸收截面等优点。另一方面,尽管单晶反映了材料的固有特性,但在大多数情况下,薄膜被用于器件。但可惜的是,合成钙钛矿所用的前驱体(即金属卤化物盐)的溶解度较差,因此很难使用溶液处理方法制备高质量的晶体薄膜。在这方面,使用胶体方法制备钙钛矿纳米晶体,随后将其旋涂成薄膜似乎是一个有吸引力的替代方案。所以,胶体纳米晶体形式的非铅钙钛矿得到了越来越多人的关注。开发高性能的稳定无铅钙钛矿纳米晶体现成为当前研究的热点。近年来非铅空位有序钙钛矿纳米晶因低毒性、高稳定性和独特的光学特性而备受关注。但目前,Cs2M4+X6型纳米晶体成功制备的实例非常少,导致人们对这类纳米晶体的发光机制和光色调控的研究十分有限。另外,在目前广泛报道的用热注射法制备钙钛矿纳米晶体的方案中,金属卤化物或金属乙酸盐往往被用作金属前驱体。但是,对于许多新型钙钛矿纳米晶体的合成,这两种金属盐类在有机溶剂中不能离子化是引起制备失败的主要因素,所以,通过寻找新类金属前驱物进行钙钛矿纳米晶体的制备就变得日益重要。基于此,本论文的主要工作内容与结论包括:(1)发展了乙酸溶解碳酸锆以实现Zr4+的离子化方法,并通过热注射法合成了纯相的空位有序Cs2ZrCl6钙钛矿纳米晶体。Cs2ZrCl6纳米晶体表现出基于自陷激子的宽带蓝光发射,光致发光量子产率高达60.37%。借助光谱表征并结合密度泛函理论计算阐明了 Cs2ZrCl6纳米晶体的热活化延迟荧光发射机理。在此基础上,探索了卤素成分和金属离子掺杂对空位有序钙钛矿纳米晶体发光性能的影响。通过合成Cs2ZrBrxC16-x(0
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