[发明专利]一种金属卤化无机盐水溶液作为阴离子交换试剂制备荧光精确可调的钙钛矿纳米晶的方法

说明书

一种金属卤化无机盐水溶液作为阴离子交换试剂制备荧光精确可调的钙钛矿纳米晶的方法，属于半导体纳米晶制备技术领域。该方法将金属卤化无机盐溶解于水中，使其充分电离，达到提升卤离子反应活性，加快阴离子交换反应速率的目的。该方法可以通过定量控制金属卤化无机盐水溶液在钙钛矿纳米晶油相溶液中的加入量，并使用超声促进水油两相反应，实现在全光谱范围内，对荧光发射光谱一纳米间隔的连续精确调控。本发明有效解决了现有阴离子交换方法合成复杂、相纯度低、反应速率慢、毒性高等缺点，可精确、简便且批量地制备具有全光谱荧光精确可调的钙钛矿纳米晶。

技术领域

本发明属于半导体纳米晶制备技术领域，具体涉及一种金属卤化无机盐水溶液作为阴离子交换试剂制备全光谱发射且荧光精确可调的钙钛矿纳米晶的方法。

背景技术

钙钛矿纳米晶作为一种新型的荧光材料，其量子效率高、半峰宽窄及具有全光谱发射等优势使其在照明与显示领域都发挥了重要的作用，近年来备受研究者们关注。但是，由于其尺寸一般大于其波尔激子半径，制约了其荧光性质类似传统半导体纳米晶的量子限域效应产生的精确的荧光调节。然而，钙钛矿纳米晶具有阴离子交换性质，研究者们通常采用改变其相应的卤素成分来实现荧光的调节。例如，利用卤化铅或油胺卤等阴离子交换试剂实现卤源的交换。这些办法虽然可以实现钙钛矿纳米晶的全光谱发射的性质，但是，这些阴离子交换试剂是不定量的、反应活性低的而且易于产生杂相的钙钛矿纳米晶，因而在阴离子交换过程中难以实现全光谱的连续精确调控。因此，找到一种活性较高且卤离子量可控的阴离子交换试剂，且能有效保证交换前后的相纯度是非常必要的。这不仅有利于补充钙钛矿纳米晶阴离子交换的方法，而且能够赋予钙钛矿纳米晶具备更偏向于传统半导体纳米晶的量子尺寸限域而来的精确荧光调控，从而有力地促进人们对于这种新型的钙钛矿的荧光材料的进一步认识。

发明内容

本发明的目的是采用金属卤化无机盐水溶液作为阴离子交换试剂制备钙钛矿纳米晶，实现在全光谱发射范围内(400～700nm)，对荧光发射光谱一纳米间隔的连续精确调控。

本发明选用预制备的有机溶剂溶解的钙钛矿纳米晶(CsPbCl₃、CsPbBr₃和 CsPbI₃)溶液、金属卤化无机盐(金属氯化无机盐、金属溴化无机盐、金属碘化无机盐)和去离子水为原料，超声辅助使得水和有机相互溶。该方法的反应条件温和，室温即可；产物尺寸均一可调，量子效率高达90％，半峰宽窄，稳定性好，而且实验重复性好，因此能够大批量制备，适合工业化生产。更重要的是，通过将金属卤化无机盐溶解于水中，使其充分电离，达到有效增加卤离子反应活性，提高钙钛矿纳米晶阴离子交换速率的目的。除此之外，定量控制加入金属卤化无机盐的量，实现了荧光发射光谱的一纳米间隔的全光谱连续精确调控。相较于传统阴离子交换方法，该方法具有简易、高效、可批量合成且定量调节的优势，且能保持原有钙钛矿纳米晶优异的光学性质及相/化学稳定性,这对于常见的阴离子交换方法都是极为有利的补充。

具体来说，本发明所述的一种金属卤化无机盐水溶液作为阴离子交换试剂制备全光谱发射且荧光精确可调的钙钛矿纳米晶的方法，其特征在于：将金属卤化无机盐水溶液滴入预制备的钙钛矿纳米晶的有机溶剂中，在室温下超声震荡，然后离心提纯，制备得到阴离子交换后的钙钛矿纳米晶。