[发明专利]一种二维钙钛矿白光材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二维钙钛矿白光材料及其制备方法和应用。本发明通过分子设计，使用带有强吸电子和疏水性的三氟甲基苯乙胺，以及Mn²⁺掺杂，利用缓慢降温结晶法、反溶剂快速沉淀法等制备出一系列新型二维钙钛矿材料。在紫外光激发下，材料产生自由激子和自陷态激子的发光光谱耦合，从而实现400～800nm的全可见光范围连续光谱白光发射。这种具有特定结构和组成的钙钛矿白光材料不仅具有高荧光量子产率，最高87.93％，CIE色坐标接近标准白光(0.33,0.33)，显色指数最高可达94，还有荧光发射光谱可调、湿热稳定性好、组装成光致发光LED器件持续工作稳定等特点。同时，制备方法步骤简单，条件温和，可重复性强，可应用于构建固态白光LED照明，适合于大规模生产推广和应用。

技术领域

本发明属于新型钙钛矿发光材料技术领域，具体涉及一种二维钙钛矿白光材料及其制备方法和应用。

背景技术

有机无机杂化钙钛矿材料作为一种新兴半导体材料，由于其组分结构多样化、合成简单、可溶液法加工等优点，近年来受到人们的极大关注，被广泛应用于太阳能电池、光电探测器、LED、X射线闪烁体等领域。其中，在光致发光LED领域，单组分钙钛矿白光材料具有无自吸收、不易变色等优点，与多组分混合钙钛矿白光材料相比具有更好的应用前景。

然而，现有的有机无机杂化钙钛矿白光材料面临的共同问题是：(1)材料的环境稳定性差，这是由于钙钛矿的离子晶体特性导致其结构很容易被破坏；材料封装是提高发光材料的湿热稳定性的常用手段，(doi:10.1021/acsami.1c15873,10.1039/c8nr07022a)但这需要复杂的制备工艺、较高的成本并导致发光效率下降。(2)材料的发光效率仍不够高；(3)材料难以实现光谱调节尤其是全可见光谱内白光色温的调节，这对实际应用十分重要。虽然文献(DOI:10.1021/jacs.7b06143,10.1021/acsami.8b00048)报道了从冷白光到暖白光的发光光谱调节，可以采用卤素离子取代等手段，但是这种方法制备的白光钙钛矿材料发光效率还不够高。因此，发展水热稳定性好、具有高发光效率且光谱可调的钙钛矿白光材料仍然是一个挑战。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，开发一种高湿热下稳定、发光效率高且色温可调节的二维钙钛矿白光材料。

本发明所提供的一种二维钙钛矿白光材料，具有A₂BX₄结构式，其中A为2-(三氟甲基)苯乙胺或者3-(三氟甲基)苯乙胺，B为二价铅或二价铅与二价锰的组合，X为溴离子；二价铅与二价锰的组合中二价锰的掺杂摩尔比为0～25％。

所述的二维钙钛矿白光材料的制备方法，具体步骤如下：

1)将1mmol～10mmol的二价铅源或者二价铅源与二价锰源溶解于10～200mL 0℃的浓度为33～48wt％氢溴酸中，加入2mmol～40mmol三氟甲基苯乙胺，由于产物的疏水性，立即从溶液中析出沉淀；

三氟甲基苯乙胺为2-(三氟甲基)苯乙胺或者3-(三氟甲基)苯乙胺中的一种或两种按任意比例的混合；三氟甲基苯乙胺与二价铅源或者二价铅源与二价锰源之和的摩尔比为(2～4):1；所述的二价铅源为溴化铅、氧化铅、醋酸铅或硝酸铅中的一种或几种的组合，二价锰源为溴化锰、氧化锰、醋酸锰、硝酸锰中的一种或几种的组合；二价铅源与二价锰源的组合中二价锰源的加入比例为0～25％；

2)控制溶液中三氟甲基苯乙胺和铅源锰源混合溶液的总浓度为1～20mg/mL，加热体系至沉淀完全溶解，通过缓慢降温使材料结晶析出，得到具有A₂BX₄结构式的二维钙钛矿单晶，固液分离得到晶体，并使用溶剂洗涤晶体，最后用真空烘箱干燥。

3)将制备的二维钙钛矿单晶溶解于有机溶剂后，逐渐滴入反溶剂中析出固体粉末，固液分离粉末，用反溶剂洗涤数次，真空干燥。