[发明专利]一种掺锰的卤化铅铯化合物荧光材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种掺锰的卤化铅铯化合物荧光材料及其制备方法，属于半导体纳米材料制备技术领域。所述卤化铅铯化合物的化学式为Mn:CsPbCl_3‑xBr_x，立方相晶型结构，颗粒大小5~100nm，Mn：Pb摩尔比为0.6，Br^‑：(Cl^‑+Br^‑)摩尔比为0.1~0.8。采用分步制备油酸铯溶液、Mn:CsPbCl₃纳米晶、LiBr储备液和Mn:CsPbCl_3‑xBr_x纳米晶的制备方法制备该荧光材料。无需三辛基膦和用LiBr作为交换剂制备的纳米晶拥有强Mn²⁺发光，发射峰可在580‑610nm。同时主体发光波长可在420~500nm之间调控。本发明具有绿色环保，制备简单，纳米晶荧光效率高且发光波长可调控等优点，可用于白光LED器件方向。

技术领域

本发明属于半导体纳米材料制备技术领域，具体涉及一种掺锰的卤化铅铯化合物荧光材料及其制备方法。

背景技术

全无机CsPbX₃ 纳米颗粒也称为半导体纳米颗粒，由于它们的纳米级尺寸，使其不同于传统宏观材料，自组装效应使得它们的应用更加广泛，例如发光二极管、光电探测器、太阳能电池等。纳米级尺寸确保它们不会在可见光或更长波长处散射光，这对于实际应用中的光损失最小化非常重要。而且，在这个尺度上，量子限制和表面陷阱效应变得非常重要，因此可以通过对纳米晶直径的操纵或对其表面进行配体修饰可以控制纳米晶的性质，进而制备更加稳定、性能更好的功能材料和纳米器件。当前钙钛矿材料正成为光致发光荧光材料领域的新星，全无机钙钛矿具有更高的化学稳定性，在光电器件上更为实用。纳米晶全无机钙钛矿被证明是一种具有高产率、高单分散性、宽发射谱范围、发射光谱可调、低制备成本等优点的纳米材料，在 LED、光电探测器、太阳能电池、量子点激光器等器件上具有广阔的应用前景。无机钙钛矿纳米晶的合成工艺对纳米晶的性能影响很大，开发有效、简便、经济、产物性质好的合成工艺对该纳米晶的基础性研究具有重要意义。

就纳米材料的能带调控而言，其中最常见的手段就是掺杂。通过掺杂的手段我们不仅能够拓宽纳米材料的发光范围，还能减少自吸收和重吸收现象，掺杂发光是能级发光，受温度升高而导致的纳米晶晶格震动影响较小，所以过渡金属离子常被作为发光材料的掺杂剂。如Mn²⁺和Cu²⁺掺杂发光具有较好的热稳定性，这些特征都使得掺杂型纳米材料在生物标记、太阳能电池等方面也有着广泛的研究，尤其是Mn²⁺掺杂纯无机卤化铅钙钛矿，可通过部分Mn²⁺替代Pb²⁺来提高纯无机钙钛矿的稳定性，同时宿主无机钙钛矿的带隙能从1.6 eV调节到3.1 eV，Mn²⁺离子的d-d轨道能级约为2.15 eV，所以在一定条件下，可得到Mn²⁺掺杂无机钙钛矿的双光结构，并在此基础上通过加入不同的卤素储备液作为交换剂，通过阴离子交换可以得到双光可调具有荧光量子效率高的无机钙钛矿发光材料。

专利申请CN 108258104 A公布一种掺锰的卤化铅铯荧光玻璃薄膜的静电制备方法，其制备方法是将碳酸铯和油酸溶解于1-十八稀中，在氮气保护条件下得到铯油酸盐溶液，然后快速注入到完全溶解的、温度范围为140℃～200℃的掺锰的卤化铅盐溶液中，得到的产物即Mn-doped CsPbX3量子点，接着离心纯化，量子点可溶解在正己烷和甲苯中，最后，将制备好的Mn-doped CsPbX3量子点结合油墨涂覆于玻璃表面形成厚度均匀的一层薄膜，该薄膜夹在两块玻璃中间，通过抽真空排气泡使该薄膜与外界环境密封隔绝，得到掺锰的卤化铅铯量子点荧光玻璃薄膜。该申请不经过任何处理，就直接将碳酸铯和油酸溶解于1-十八稀，造成Cs₂CO₃粉末溶解不均，制备的纳米晶体不均一。