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纳米卤化物钙钛矿作为一种新型半导体材料,其优异的光吸收能力和发光能力在太阳能电池和LED等方面具有广泛的应用前景。目前,纳米卤化物钙钛矿薄膜主要采用旋涂法,溶剂蒸气退火等方法制备。但是,所制备出的纳米卤化物钙钛矿薄膜存在颗粒尺寸不均一、针孔密集、耐湿稳定性不够以及荧光量子效率较低等问题。因此制备高质量的纳米卤化物钙钛矿薄膜仍是具有挑战性的工作。卤化物钙钛矿/金属纳米复合材料将进一步拓展钙钛矿材料的应用前景,例如光催化、表面增强拉曼光谱等。目前,合成纳米复合材料大多在钙钛矿纳米材料表面进行沉积或者离子交换,但这些方法复杂、耗时长,且存在难以直接应用的问题。使用简单的方法制备纳米卤化物钙钛矿/金属复合薄膜仍是目前需要解决的问题。
本文针对纳米卤化物钙钛矿薄膜及其金属复合薄膜在制备以及性能上的不足,以纳米CsPbBr3薄膜和纳米CsPbBr3-Ag复合薄膜为代表,创新高质量、高性能的纳米卤化钙钛矿薄膜及其贵金属复合薄膜的制备方法。引入了超分子β-环糊精(β-CD)作为纳米钙钛矿的保护剂,以提升纳米钙钛矿薄膜的质量以及荧光量子效率和耐湿稳定性。β-CD可同时作为纳米钙钛矿与纳米银(AgNPs)的保护剂,利用一步旋涂法原位制备出复合薄膜。主要研究内容如下:
①通过在钙钛矿前驱体溶液中引入不同浓度超分子β-CD,利用一步旋涂法制备出一系列的纳米CsPbBr3/β-CD薄膜,在β-CD浓度为50mM时薄膜的荧光量子效率可达85.3%,在80%±3%的潮湿空气中,薄膜的荧光稳定性在2个月内仍可保持在85%以上。扫描电子显微镜显示薄膜的形貌和颗粒的大小与加入β-CD的量有关。采用X射线衍射光谱、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱等表征方法对薄膜的晶型、结构以及形成机理进行分析。高荧光量子效率和高耐湿性薄膜的成功制备为纳米钙钛矿薄膜在发光器件上的应用提供了可行性。
②由于β-CD在碱性条件下可将AgNO3还原为纳米银(AgNPs),在钙钛矿前驱体中同时加入β-CD和AgNO3。通过一步旋涂法制备薄膜,在生成纳米CsPbBr3的同时也还原生成AgNPs。利用紫外-可见光谱、光致发光光谱、X射线衍射光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜等对薄膜进行了表征。结果显示成功制备出CsPbBr3-Ag纳米复合材料,反应体系中AgNO3的浓度会对薄膜的发光、粒径产生影响,并推测了复合材料相互作用的机理。纳米复合薄膜的成功原位制备将有助于拓宽材料的应用范围。
本文针对纳米卤化物钙钛矿薄膜及其金属复合薄膜在制备以及性能上的不足,以纳米CsPbBr3薄膜和纳米CsPbBr3-Ag复合薄膜为代表,创新高质量、高性能的纳米卤化钙钛矿薄膜及其贵金属复合薄膜的制备方法。引入了超分子β-环糊精(β-CD)作为纳米钙钛矿的保护剂,以提升纳米钙钛矿薄膜的质量以及荧光量子效率和耐湿稳定性。β-CD可同时作为纳米钙钛矿与纳米银(AgNPs)的保护剂,利用一步旋涂法原位制备出复合薄膜。主要研究内容如下:
①通过在钙钛矿前驱体溶液中引入不同浓度超分子β-CD,利用一步旋涂法制备出一系列的纳米CsPbBr3/β-CD薄膜,在β-CD浓度为50mM时薄膜的荧光量子效率可达85.3%,在80%±3%的潮湿空气中,薄膜的荧光稳定性在2个月内仍可保持在85%以上。扫描电子显微镜显示薄膜的形貌和颗粒的大小与加入β-CD的量有关。采用X射线衍射光谱、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱等表征方法对薄膜的晶型、结构以及形成机理进行分析。高荧光量子效率和高耐湿性薄膜的成功制备为纳米钙钛矿薄膜在发光器件上的应用提供了可行性。
②由于β-CD在碱性条件下可将AgNO3还原为纳米银(AgNPs),在钙钛矿前驱体中同时加入β-CD和AgNO3。通过一步旋涂法制备薄膜,在生成纳米CsPbBr3的同时也还原生成AgNPs。利用紫外-可见光谱、光致发光光谱、X射线衍射光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜等对薄膜进行了表征。结果显示成功制备出CsPbBr3-Ag纳米复合材料,反应体系中AgNO3的浓度会对薄膜的发光、粒径产生影响,并推测了复合材料相互作用的机理。纳米复合薄膜的成功原位制备将有助于拓宽材料的应用范围。