济南大学,10%Bi纳米晶的物相表征

日期:2021-03-04 08:53:52 来源:互联网 编辑:小狐 阅读人数:141

济南大学,10%Bi纳米晶的物相表征(图1)

创新点: 通过反向微乳液法在室温条件下合成无铅钙钛矿荧光纳米晶;通过掺杂Bi3+和Na+了晶格的对称性,使得奇偶禁止跃迁转变为允许跃迁,从而得到56%的量子产率,并观察到了三重激发带的精细结构。在概念性实验中,通过将白光LED在水下运行,证明了其良好的稳定性。

济南大学,10%Bi纳米晶的物相表征(图2)

全无机卤化铅钙钛矿由于其优异的光电性能而成为近年来研究的焦点,然而其本身存在的铅毒性和相不稳定性,大大制约了它的实际应用。

通过低毒元素取代铅,以此来合成无铅双钙钛矿纳米晶成为一种重要的策略。目前主流的合成方法为高温条件下的热注射法,高温会导致Ag+被还原为金属银纳米晶,从而猝灭辐射跃迁途径;同时,双钙钛矿的禁阻跃迁特性也使纳米晶的量子产率都普遍偏低。因此,一种室温条件下的合成方法来防止银离子还原,并通过掺杂来改变晶体对称性从而允许跃迁,就变得尤为重要。

济南大学的张玉海教授课题组计了一种在环境条件下的反相微乳液,成功地合成出了Cs2AgInCl6纳米晶,并且没有惰性气体的保护。合成的纳米晶显示出很宽的自陷态发射光谱,光致发光量子产率高达56%。重要的是,通过掺杂打破了晶格的禁阻跃迁,观察到了三重的激发峰。最后,我们通过将纳米晶包覆在LED表面制备成白光LED,连续在空气中和水中照明数十个小时,亮度基本不变,证明了纳米晶具有很好的环境稳定性和对水稳定性。该研究成果以“Excitation Management of Lead-free Perovskite Nanocrystals through Doping”为题发表在国际著名期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。第一:郑玮,通讯:刘宏,张玉海。

要点一:通过室温条件下的反相微乳液法合成了无铅钙钛矿纳米晶,TEM显示纳米晶的尺寸大约为19nm,XRD也很好地表征了它的物相,尽管有少量的杂相。

济南大学,10%Bi纳米晶的物相表征(图3)

图1. Cs2Ag0.6Na0.4InCl6 :10%Bi纳米晶的物相表征。

要点二:X射线光电子能谱表明成功地将Na+和Bi3+掺杂进Cs2AgInCl6基质中。拉曼光谱表明Na+的掺杂成功地打破了晶体的对称性,大大减小了晶体的奇偶禁阻跃迁。

济南大学,10%Bi纳米晶的物相表征(图4)

图2. 离子掺杂对晶格和光致发光的影响。

要点三:通过PLE光谱的,首次观察到了三重激发峰,归因于Bi3+的1S0能级分别向1P1, 3P2, 3P1的跃迁。并且结合荧光寿命中提取出的暗态自陷激子和亮态自陷激子的计算,进一步解释了无铅钙钛矿纳米晶的增强发光机理。

济南大学,10%Bi纳米晶的物相表征(图5)

图3.共掺杂不同含量的Na+对Cs2AgInCl6: 10%Bi纳米晶体光学性能的影响

要点四:通过将纳米晶包覆在LED表面,出了可调节色温的白光LED。并通过在空气中和水中连续照明10个小时,表面具有良好的环境稳定性和水稳定性。

济南大学,10%Bi纳米晶的物相表征(图6)

图4.白光LED光学和稳定性的表征。

综上所述,通过反向微乳液法在室温条件下合成了无铅钙钛矿荧光纳米晶,通过Bi-Na共掺杂策略使PLQY提高到56%,这归因于室温抑制了Ag的还原和打破了晶体的对称性,大大减小了晶体的奇偶禁阻跃迁。荧光寿命光谱表明成功地将暗激子转换为亮激子。重要的是,该纳米晶被证明具有良好的环境稳定性和水稳定性,适用于白光LED应用,为水下照明行业展现了广阔的前景。

本文相关词条概念解析:

钙钛矿

钙钛矿,一般为立方体或八面体形状,具有光泽,浅色到棕色。它们可用于提炼钛、铌和稀土元素,但必须是大量聚集时才有开采价值。

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