[发明专利]一种层状双元钙钛矿结构发光材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种层状双元钙钛矿发光材料及其制备方法，属于发光材料制备技术领域。层状双元钙钛矿材料A’₂A_n‑1M’_n/2M_n/2X_3n+1，n＝1、2，其中A为铯离子，A’为苯乙胺，M为铟离子，M’为钠离子，X为卤素。本发明的特点在于通过引入有机配体达到了降维的目的，通过杂质金属的掺杂实现了自陷域效应，优化了层状双元钙钛矿的荧光效果，并且有潜力应用于固态照明领域。此外，所述的层状双元钙钛矿材料具有好的稳定性，高的发光效率，制备方法简单易行等优点。

技术领域

本发明涉及钙钛矿结构发光材料及其制备方法，属于钙钛矿发光材料领域。

背景技术

钙钛矿一词最初是指由德国化学家和矿物学家发现的CaTiO₃这类的金属矿物，随后，将其作为与CaTiO₃具有类似晶体结构的一类物质的统称，分子通式为AMX₃。按照X元素的种类钙钛矿材料可划分为金属氧族钙钛矿(X＝O、S、Se)和金属卤族钙钛矿(X＝Cl、Br、I)。因为在金属卤族钙钛矿的晶体中，金属-卤素的离子属性更强，使此类更具有特殊性，研究更为广泛。在金属卤素钙钛矿中，铅基卤素钙钛矿因其具有量子效率高、带隙可调、载流子扩散长度长等优势发展极为迅速。但近些年来，随着钙钛矿领域的不断发展，以及对新型材料环保性能的加强，人们开始寻找可替代铅基的钙钛矿材料。首先考虑到的则是元素周期表中铅的同族元素锗和锡，虽然二者均具有较好的光学性能，但其极易被氧化，稳定性差，于是逐渐被性能优异、更加稳定的铟、锑、铋等金属替代。因此探索有着优异光电性能，且十分稳定的铟、锑、铋基钙钛矿材料有着非常重要的意义。

双元钙钛矿材料的提出紧跟非铅钙钛矿材料的步伐。在对铅周围的金属进行尝试时发现，相较于存在一种M位离子，由两种不同的M位离子构成的非铅钙钛矿材料，即A₂M^IM^IIIX₆,其中正一价的金属M^I和正三价的金属M^III分别与卤素离子X形成八面体结构并沿赤道方向交替排列，不同层间的八面体通过轴向顶端的卤素原子连接形成稳定的网格状结构。

有机-无机杂化钙钛矿材料具有优良的光电性能，因而成为研究重点。但常规的三维有机-无机杂化钙钛矿材料仍存在稳定性差等问题。而低维材料具有天然的“量子阱”结构，不同层数的钙钛矿八面体层两侧被有机阳离子所包覆，再由范德华力相互连接形成晶体材料，这使得低维材料的形成能较高，稳定性明显提升。而且从结构工程的角度，常见的三维钙钛矿，其公式为AMX₃，其中A位阳离子受到Goldsmidt容忍因子的限制，往往是较小的有机或无机阳离子。而低维材料没有这样的限制，其A位不仅可以容纳无机阳离子，还可以容纳长度可调的有机分子，使得其在结构、组成、性能上具有更多的可能性。此外，无机层由于有机层的阻隔使得载流子的运动纵向呈现“限域”，而在无机层内横向呈现“非限域”，这种独特的限域效果，赋予了更高低维材料独特的发光潜力。

目前已有的非铅低维钙钛矿材料中，多是对A位进行调控，引入不同的有机配体从而实现降维的目的，但是这类材料只能在高压、低温下才会表现出较好的光学性质。因此，探索出一种热稳定性好，并有较好的光学性质的非铅钙钛矿材料极为重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种层状双元钙钛矿材料及其制备方法，所制备的钙钛矿材料不仅有着较好的热稳定性，而且具有较高的荧光量子产率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种层状双元钙钛矿材料A’₂A_n-1M’_n/2M_n/2X_3n+1(n＝1、2，其中A为铯离子，A’为苯乙胺，M为铟离子，M’为钠离子，X为卤素。