[发明专利]一种新型稀土基无铅钙钛矿纳米晶材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种新型稀土基无铅钙钛矿纳米晶材料及其制备方法与应用，包括以下步骤：步骤一：将乙酸钠、乙酸铯、稀土乙酸盐在油酸、油胺、十八稀中加热溶解，得到澄清的前驱体溶液；步骤二：向澄清的前驱体溶液中加入TMSCl、TMSBr或TMSI，反应过后，在冰水浴中冷却，离心清洗，最后分散在甲苯溶剂中，得到Cs₂NaLnX₆无铅钙钛矿纳米晶材料，该Cs₂NaLnX₆无铅钙钛矿纳米晶材料可应用于光电器件领域。

技术领域

本发明属于光学材料技术领域，具体涉及一种新型稀土基无铅钙钛矿纳米晶材料及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，卤化铅钙钛矿纳米晶体(NCs)APbX₃(A＝CH₃NH₃,CH(NH₂)₂,Cs,Rb；X＝Cl,Br,I)以其高的载流子迁移率、大的吸收系数、带隙可调等优点被广泛的应用在太阳能电池、发光二极管、激光器和光电探测器等领域。铅卤钙钛矿在光电性能上可与传统半导体材料相媲美，同时它们可以通过简单、低成本的方式合成。与体晶材料相比，铅卤钙钛矿纳米晶体材料具有更大的激子结合能、更强的激子吸收，因此在室温下具有更高的光致发光量子产率(PLQY)。铅卤钙钛矿材料的这些优点使其受到广泛的关注。但是重金属铅的毒性和材料的湿热稳定性成为其实际应用的阻碍。因此，寻找低毒、高效、稳定的无铅钙钛矿型纳米晶材料引起了研究人员的广泛关注。

近年来关于无铅胶体钙钛矿量子点(PQDs)或纳米晶体的研究已经报道，如锡和铋基的PQDs或NCs，具有与卤化铅钙钛矿类似的光学性质，如可调节的发射波长范围。然而，一些重要问题仍未得到解决，如PLQY低，湿度和热稳定性差，所以在寻求低毒、高效、稳定的钙钛矿型纳米晶材料方面的工作还需进一步的探索和研究。

稀土离子在钙钛矿结构中具有丰富的跃迁能级和独特的5d-4f发射、以及其较长的荧光寿命等迷人的特性。但是目前稀土离子只是少量的掺杂在铅卤钙钛矿材料中，其性质和作用还远远没有得到发展。如果用稀土材料作为钙钛矿材料的主体，既可以得到高效的钙钛矿发光，又可以得到高效的稀土发光，既解决了毒性问题，又丰富了发光的颜色和范围。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中存在的问题，提供了一种环保无毒且合成方法操作简单，耗时少；合成的Cs₂NaLnX₆无铅钙钛矿纳米晶材料样品相稳定，形貌尺寸均一，发光色纯度高，表面缺陷少，量子效率高,具有良好的湿热以及光照稳定性的一种新型稀土基无铅钙钛矿纳米晶材料及其制备方法与应用。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种新型稀土基无铅钙钛矿纳米晶材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将乙酸钠、乙酸铯、稀土乙酸盐在油酸、油胺、十八稀中加热溶解，得到澄清的前驱体溶液，其中乙酸铯∶乙酸钠∶稀土乙酸盐的摩尔比为7∶5∶5；

步骤二：向澄清的前驱体溶液中加入TMSCl、TMSBr或TMSI(三甲基氯硅烷、三甲基溴硅烷或三甲基碘硅烷)，反应过后，在冰水浴中冷却，离心清洗，最后分散在甲苯溶剂中，得到Cs₂NaLnX₆无铅钙钛矿纳米晶材料。

作为优选，所述步骤一中油酸、油胺和十八稀的体积比为1:1:5～6。

作为优选，所述步骤一中加热溶解的温度为120～140℃。

作为优选，所述步骤一中稀土乙酸盐为镧、铈、钐、铕、铽、铒、镱中任意一种的乙酸盐，需要说明的是，稀土乙酸盐也可以选用其他稀土元素的乙酸盐，并不限于此。

作为优选，所述步骤一中保护气体为氮气或氩气中的一种，氮气和氩气主要起到保护作用，防止反应物被氧化。