[发明专利]一种低污染的高效率钙钛矿量子点及其制备方法

说明书

本发明提供了一种低污染的高效率钙钛矿量子点及其制备方法。本发明创造提供一种低污染的高效率钙钛矿量子点为CsPbBr₃/Cs₄PbBr₆复合结构。低污染高效率钙钛矿量子点材料制备方法通过添加1，9‑二溴壬烷(C₉H₁₈Br₂)补充反应液中Br离子的不足，通过增加Cs⁺离子的注入量，促进反应体系中的环境污染源Pb²⁺离子的进一步消耗，提高合成效率，减少废液中Pb²⁺离子的含量。在合成大量CsPbBr₃量子点的同时由于Cs⁺离子的增加也产出了部分Cs₄PbBr₆量子点，其CsPbBr₃量子点的量子产率由50％提高到95％。因此该方法在实现Pb²⁺离子高效利用和减少环境污染的同时提高量子点的量子产率及其稳定性。

技术领域

本发明创造属于发光功能材料技术领域，尤其是涉及一种低污染的高效率钙钛矿量子点及其制备方法。

背景技术

量子点纳米材料有着许多的发光特性，在一些领域有着较为广泛的应用，如太阳能电池表面涂覆、LED、激光、生物荧光标记等。而全无机的钙钛矿量子点有着自己独特的优点，CsPbBr₃量子点的半峰宽为20nm左右，且具有较好的发光性能，相较于有机无机杂化的钙钛矿材料来说稳定性也更好，所以这种铅卤基的钙钛矿材料也被称为含着金钥匙出生的孩子。但是，这种材料同时也有很多缺陷，例如：与商用的锡化镉量子点的稳定性比较还远远不够；材料不易大规模制备；Pb元素对环境不友好等。也正是这些原因，使得这种全无机钙钛矿量子点无法应用于实际生产中。对于Pb元素的环境污染问题也有一些解决方案，例如：向这种铅卤基的钙钛矿薄膜中掺入Mn元素来替代部分Pb元素；也有研究尝试过使用Sn、Ti、Ge等代替Pb元素，但是稳定性不好，在空气中极易分解；使用Bi元素替代Pb元素，这种方法制备出的钙钛矿晶粒与晶粒之间界限明显，增大薄膜粗糙度，降低器件效率。

以上研究都只是关注量子点自身的铅，其实，在合成过程中铅的利用率低，其污染更为严重。有研究通过掺杂增加基底的介孔层孔隙率，使PbI₂更好地渗透在基底介孔中，使CH₃NH₃I(MAI)与PbI₂反应更加充分降低Pb残留。但在现有的热注入材料制备过程中Pb元素利用率很低，废液中含有大量的Pb元素。根据CsPbBr₃量子点合成化学式如下：Cs⁺+Pb²⁺+3Br^-→CsPbBr₃，目前文献报道的合成方案中油酸铯和溴化铅的摩尔比1:4，因此在完全反应的情况下废液中还存在75％的铅离子。然而当油酸铯的量提高到与铅离子相同时即摩尔比1:1，但此时溴离子明显是少量的，根据反应式在完全反应的情况下铯离子和铅离子均有1/3未参与反应。同时在这种情况下制备的量子点由于存在大量的溴缺陷，光学性能不理想。因此提高油酸铯的注入量无法降低废液中铅离子的含量。

发明内容

针对制备过程中Pb元素利用率低，废液中含有大量的Pb元素对环境不友好的问题，开发一种Pb元素高利用率的钙钛矿量子点合成方法，基于文献调研和实验发现，Pb元素利用率低的根本原因是反应液中的Br^-离子含量低引起的。通过增加反应液中的Br^-离子，提高CsOA的注入量，来实现Pb元素的高效利用。另外还发现过量的CsOA可以合成CsPbBr₃/Cs₄PbBr₆，这种材料中的Cs₄PbBr₆，能够提高材料的光学性能，即量子产率和稳定性。因此，本发明的目的是提高Pb元素的利用率，减少对环境的污染的同时提高材料的光学性能和稳定性。这些特性对于发光材料的研究以及推动这种低污染的高效率钙钛矿量子点由理论研究走向实际应用具有重要的科学价值和战略意义。