铅卤钙钛矿材料的制备及能量转移行为研究.pdfVIP

摘要

铅卤钙钛矿材料由于其较强的光致发光和优异的载流子迁移率等特点，在光电探测

器和发光二极管等领域都有很好的应用前景。其中纳米片具有很多独特的性质，比如发

光的各向异性，较大的比表面积和分散的能级结构等，引起了科学家们的特别关注。然

而，钙钛矿本身的离子晶体性质，使它对紫外光、水分、温度和氧气等因素都极度敏感，

阻碍了其广泛应用。另外，在照明和显示应用方面，通常需要高浓度的钙钛矿纳米晶来

满足色彩饱和度的要求。然而，高浓度的纳米晶会使其荧光淬灭和光谱的红移。基于此，

本文通过热注入法制备了CsPbBr3纳米片，并通过SiO2包覆和Eu3+配合物修饰改善了

其稳定性。利用CsPbBr3纳米片作为光捕获的“天线”，通过能量转移缓解了钙钛矿的自

吸收现象，同时增强了锌卟啉（ZnP）的光捕获能力、提高了复合材料器件的光电性能。

本文具体研究内容如下：

（1）采用高温热注入法制备了CsPbBr3纳米片，并通过透射电子显微镜、原子力显

微镜和高分辨透射电子显微镜进行了形貌表征。结果表明，所制备的CsPbBr3纳米片长

14nm、宽10nm、厚2nm，尺寸均匀，分散良好。X射线衍射数据表明CsPbBr3纳米片

择优生长，有较高的纯度和结晶度。紫外可见吸收和稳态荧光光谱显示CsPbBr3纳米片

的吸收峰在494nm处，荧光峰在511nm处。通过相对法测得量子效率为92%。

（2）对CsPbBr3纳米片的稳定性进行了测试，结果表明相比于温度，极性试剂对其

稳定性的影响更大。利用变温和耐水性实验，证明SiO2包覆和Eu3+配体修饰两种处理

方法都提高了CsPbBr纳米片的稳定性。其中，CsPbBr@SiO复合材料在经过四个温度

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循环后，仍能恢复到原先的数值，CsPbBr-Eu(PBA)AA纳米片的荧光强度在90天后仍

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能保持在原始发射强度的81%，都表现出良好的稳定性。

（3）通过计算得到了CsPbBr3纳米片的荧光光谱与ZnP的吸收光谱重叠面积为

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1.98×10dmmolcm，为能量转移的实现提供了理论支持。对CsPbBr+ZnP体系进行

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荧光光谱和荧光寿命的测试，结果表明CsPbBr3纳米片与ZnP之间的能量转移效率可达

49%。利用配体交换实验，可以证明CsPbBr3纳米片与ZnP之间发生的是荧光共振能量

转移，并非电子转移。通过卤素交换的方法增加CsPbBrI发射光谱和受体吸收光谱的

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重叠面积，进一步提高能量转移效率，使其达到75%。制备了ZnP、CsPbBr3及复合材

料的光电器件，光电性能测试结果显示CsPbBrI+ZnP器件的光电流最大，这与之前

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计算得出的能量转移效率结果相一致。

关键词：CsPbBr3纳米片，稳定性，能量转移，光电特性

ABSTRACT

Leadhalideperovskitematerialshaveapromisingapplicationprospectinthefieldofphotodetectors

andlight-emittingdiodesbecauseoftheirstrongphotoluminescenceandexcellentcarriermobility.Lead

halideperovskitenanosheetshavemanyuniquepropert