[发明专利]一种无铅钙钛矿量子点及其原位转化合成方法和应用

说明书

本发明公开了一种无铅钙钛矿量子点及其原位转化合成方法和应用，向Cs₃Cu₂I₅纳米晶中加入醇类，使得Cs₃Cu₂I₅纳米晶向CsCu₂I₃纳米晶转化，得到共混纳米晶。本发明在合成0D‑Cs₃Cu₂I₅过程中首次发现，醇类能够使量子点0D‑Cs₃Cu₂I₅向量子点1D‑CsCu₂I₃转化，在常温下采用反溶剂法，一步原位制备出了具有优异的热稳定性和空气稳定性的混合纳米晶，更重要的是本发明通过控制乙醇加入量，精确调整0D‑Cs₃Cu₂I₅和1D‑CsCu₂I₃混合纳米晶的比例，进而实现对发光颜色精确调整，实现了发光颜色在蓝‑白‑黄之间可调，如调整使其与白光光谱完美匹配，从而获得完美的白光发射。

技术领域

本发明属于无铅钙钛矿薄膜技术领域，具体而言，涉及一种无铅钙钛矿量子点及其原位转化合成方法和应用。

背景技术

白光发光二极管(LED)拥有低能耗和高效率的优势，因此其在市场上的地位已经超越传统的白炽灯和荧光灯。典型的白色LED器件是由蓝色LED (InGaN芯片)和辐射黄光的无机荧光粉涂层构成。该无机荧光粉通常是以稀土元素作为发光基团，如Eu²⁺，Ce³⁺，应用稀少的材料无疑制约了白光LED的发展。为解决这一问题，科学家尝试用量子点代替无机荧光粉。铅卤钙钛矿量子点具有发光效率高、发光光谱可调谐和易于合成等优势，在显示、探测器和 LED等领域具有广阔的应用前景。关于白光铅卤钙钛矿量子点的研究也涌现出了大量研究成果。然而，这类材料含有Pb、Cd等有毒重金属，这成为制约其发展的重要原因。

最近提出了0维(0D)、1维(1D)、2维(2D)等低维钙钛矿量子点，这里所说的‘维’和一般意义上的空间维度不同。这里的低‘维’是指钙钛矿量子点中的发光基团被隔离开，使其产生的激子限制在低维区域，从而有强烈的激子束缚和自陷激子发光效应。一般地，3维钙钛矿量子点的发光是源于直接跃迁。直接跃迁的特点是激子结合能低，斯托克斯位移小、发光带宽窄，发光量子效率低。与之不同，低维钙钛矿量子点具有较大的发光带宽、较大的斯托克斯位移和较高的发光量子效率，这使它有望成为白光LED的良好材料。

当下白光LED的发光机理，都是基于先分别合成，然后再混合两种或三种不同的稀土荧光粉或含铅的钙钛矿荧光粉，因此需要多种不同的材料，而且每种材料的合成工艺路线兼容性差。而铯铜碘纳米晶，具有不同维度可以有不同发光的性质，比如零维的铯铜碘(0D-Cs₃Cu₂I₅)发蓝光(445nm)，一维的铯铜碘(1D-CsCu₂I₃)发黄光(580nm)，于是人们很容易想到将已经合成的这两种量子点材料0D-Cs₃Cu₂I₅和1D-CsCu₂I₃混合起来也可以产生白光，但该方法的本质，依然是采用先合成，后混合来达到白光发射。相比于混合稀土荧光粉或钙钛矿材料，混合不同维度的铯铜碘材料，采用了单一种类的材料，极大简化了材料的使用，但在工艺上，仍然没有摆脱先合成，再混合的限制。

发明内容

本发明旨在提供一种无铅钙钛矿量子点及原位转化合成方法和应用，该方法可以精确调节混合纳米晶中两种纳米晶的比例，从而获得所需颜色的发射光。