金属离子掺杂Cs2AgInCl6双钙钛矿纳米晶的制备与多色可调发光性能研究

作     者：崔恩典 

作者单位：西南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘婧;刘英帅

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：Cs2AgInCl6 纳米晶 金属离子掺杂 多色可调发光 

摘      要：近年来,卤铅铯钙钛矿纳米晶因其出色的光电性能、高的缺陷容忍性和易于溶液处理特性而被广泛用于太阳能电池、发光二极管(LED)、闪烁体和光电探测器等光电器件中。然而,铅的固有毒性和较差的环境稳定性限制了卤铅铯钙钛矿纳米晶在绿色光电方面的应用。为了解决这个问题,研究人员利用无毒的金属离子取代卤铅铯钙钛矿中的铅离子,得到了环境稳定的无铅钙钛矿材料。金属离子掺杂不仅可以提高无铅钙钛矿纳米晶的结构稳定性,而且可以优化光学性能使其获得多色可调的发光性能,这对因宇称禁戒跃迁而导致发光性能较差的无铅双钙钛矿纳米晶意义重大。本文以CsAgInCl无铅双钙钛矿纳米晶为研究对象,通过金属离子或稀土离子的掺杂,对CsAgInCl双钙钛矿纳米晶的光学性能和电子结构进行调控,具体研究内容和结果如下:(1)稀土掺杂CsAgInCl双钙钛矿纳米晶的可调谐发光性质及其机理本工作通过改进的热注射法制备了Eu、Tb掺杂的CsAgInCl纳米晶,建立了基质中自陷激子(STEs)的本征发射与稀土离子间的关系,实现了双钙钛矿纳米晶在可见光区的调谐发光。通过实验分析和密度泛函理论(DFT)计算表明:Tb、Eu掺杂占据了CsAgInCl晶格中的In位点,改变了其电子结构,使其光学带隙变大。此外,Tb、Eu掺杂可以抑制无铅双钙钛矿缺陷的形成,提高其结构稳定性。未掺杂的CsAgInCl纳米晶在300 nm激发下发出微弱的白光;而Tb、Eu掺杂的纳米晶,可以在不同条件下(激发波长或掺杂浓度)将其发光颜色从白光调谐为绿光或红光。(2)核壳结构金属离子掺杂双模式发光CsAgInCl双钙钛矿纳米晶的制备及其防伪应用本工作通过热注射法合成了Bi或Yb、Er掺杂的CsAgInCl纳米晶。CsAgInCl:Bi纳米晶在370 nm激发下显示出明亮的下转移宽带橙光发射,并通过实验分析阐释了其发光的机理。CsAgInCl:Yb,Er纳米晶在980 nm激发下显示出上转换的绿光发射。选取CsAgInCl:Bi纳米晶作为核,CsAgInCl:Yb,Er纳米晶作为壳,构建了CsAgInCl:Bi@CsAgInCl:Yb,Er核壳纳米晶。制备的核壳纳米晶不仅可在紫外光激发下产生下转移的宽带STEs橙光发射,而且可以在近红外光激发下实现上转换的绿光发射。此外,CsAgInCl核壳纳米晶改善了无铅双钙钛矿的水稳定性和光稳定性,可将其用作发光油墨绘制双模防伪标签,显示了其在防伪和信息储存领域的应用前景。综上所述,本论文通过离子掺杂对CsAgInCl双钙钛矿纳米晶的光学性能进行调控,系统的分析了其发光机理。构建的CsAgInCl基核壳纳米晶可实现下转移和上转换的双模发光,进一步提高了无铅钙钛矿纳米晶的光热水稳定性,为制备新型光电功能材料提供了新的思路。