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摘 要

由于半导体量子点本身所含有的不同于传统宏观块状材料的特殊的尺寸，导致其含有众多特殊的光电性能，引起了众多科研工作者的关注。所有这些令人瞩目的特性使量子点成为领导下一代照明和显示以及光通信技术的有力竞争者。其中金属卤化物钙钛矿作为一种新型的光电材料，由于其作为溶液沉积吸收层在太阳能电池中的功率转换效率达到20%而引起了巨大的关注。本论文中基于本课题组前期研究方法，使用廉价的商业前驱体合成高荧光强度的全无机型铯铅卤化物钙钛矿(CsPbX₃，X= Cl，Br和I或混合卤化物系统Cl / Br和Br / I)的单分散胶体纳米立方体。通过组成调控和量子尺寸效应，其带隙能量和发射光谱能够实现在410~700 nm的整个可见光谱范围内可调。经相关的表征测试，CsPbX₃纳米晶体钙钛矿量子点的尺寸均一，分布均匀，显示出类似于片状的形态，具有典型的立方晶型的钙钛矿结构。通过卤素离子的替换，能够实现其在紫光和红光范围内调节。荧光发射峰半峰宽较窄，且辐射寿命在9~16 ns范围内，说明其荧光性能较好，是理想的制备QLED发光材料。极强的光学性质和化学稳定性使得CsPbX₃纳米晶体非常适合于光电领域的应用，特别是对于蓝色和绿色光谱区(410~530 nm)。 在未来，全无机型钙钛矿量子点将会在显示领域及光电领域有非常光明的应用前景。

关键词：钙钛矿 量子点 纳米晶体 光电领域

Preparation of All-Inorganic Perovskite Quantum Dots and Regulation of its fluorescence properties

ABSTRACT

In recent years, semiconductor quantum dots have attracted a lot of research due to their unique optical properties, such as size-dependent emission wavelengths, narrow emission spectra and high luminous efficiency. All of these impressive features make quantum dots a powerful competitor to lead the next generation of lighting and display and optical communication technologies. Among them, metal halide perovskite as a new type of photoelectric material, because of its solution as a solution deposition layer in the solar cell power conversion efficiency of 20% caused a great concern. In this paper, based on the previous research methods, we use low-cost commercial precursors to synthesize high-intensity all-inorganic cesium-lead halide perovskites (CsPbX₃, X = Cl, Br and I or mixed halide system Cl / Br and Br / I) monodisperse colloidal nanometer cubes. By combining the regulation and quantum size effects, the bandgap energy and emission spectra can be tuned over the entire visible spectral range of 410 to 700 nm. The size of the perovskite quantum dots of CsPbX₃ nanocrystals is uniform, showing similar to the flaky morphology, with typical cubic perovskite structure. Through the replacement of halogen ions, it can be achieved in the purple and red light range adjustment. The fluorescence emission peak is narrow and the radiation lifetime is in the range of 9 ~ 16 ns, which indicates that the fluorescence performance is ideal for the preparation of QLED luminescent materials. Extremely strong optical properties and chemical stability make CsPbX₃ nanocrystals very suitable for applications in the field of optoelectronics, especially for blue and green spectral regions (410 ~ 530 nm). In the future, all-inorganic perovskite quantum dots will have a bright future in the field of display and optoelectronics.

Key words: Perovskites; Quantum Dots; Nanocrystals; Photoelectric Field

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 前言 1

1.1量子点的定义和基本性质 1

1.2 量子点的光学性质 2

1.2.1 量子点的发光原理 2

1.2.2 量子点的优势 2

1.2.3 量子点的应用 4

1.3 全无机钙钛矿型量子点的研究简介 7

1.3.1 全无机钙钛矿型量子点的研究现状 7

1.3.2全无机型钙钛矿量子点的应用 9

1.4 本文研究思路和方法 11

第二章 实验制备及钙钛矿量子点的表征 12

2.1前言 12

2.2试剂及仪器 12

2.2.1实验试剂 12

2.2.2实验仪器 13

2.2.3表征仪器 13

2.3实验部分 14

2.3.1 Cs-油酸前驱体的制备 14

2.3.2 高温热注射法制全无机型钙钛矿量子点 14

2.3.3表征手段 15

2.4本章小结 15

第三章 结果与讨论 17

3.1 全无机型钙钛矿量子点的结构 17

3.2 全无机型钙钛矿量子点的光学性能 20

3.3 本章小结 22

第四章 结论与展望 24

4.1 结论 24

4.2 展望 24

参考文献 25

致 谢 27

第一章 前言

1.1量子点的定义和基本性质

纳米材料为一种小孔径的材质，其构造孔径大约为1~100 nm之间。在二十世纪六十年代，金属纳米粒子具有量子限域效应被研究学者久保及其合作人员发现，并由此提出了久保理论^[1]，此后，专家和学者开始意识到纳米粒子是与宏观物质不同的一种新的物质体系。到了八十年代，人们开始深入系统地研究纳米材料的结构和性质，使得对纳米材料有了越来越全面的认识。二十一世纪对高新技术竞争愈发激烈，新材料在现代科学及工业中占据十分重要的地位。随着信息、能源、生物、环境等领域的快速发展，人们对新兴材料的需求也在不断加大，并提出了更严格的新要求。按照维数划分，可将纳米材料分为三类^[2]：1、零维 (0 D) 纳米材料，如量子点 (Quantum Dot) 、原子团簇 (Radical Cluster)等，三维空间尺寸都在1~100 nm之间的材料，又可称为纳米粒子 (Nano Particle)；2、一维 (1 D) 纳米材料，如纳米线 (Nano Wire)、纳米管 (Nano Tube)、纳米棒 (Nano Rod)等，在两个维度上为纳米尺度的材料；3、二维 (2 D) 纳米材料，仅有一个维度落在1~100 nm之间的材料，又可称为纳米膜 (Nano Film)，如超薄膜 (Ultrathin Film)、超晶格 (Supper Lattice)等（如图1-1所示）。

图1-1纳米材料的分类

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