一种新型高效白光发射的二维钙钛矿材料的设计合成制造技术

本发明专利技术属于新型钙钛矿发光材料领域，通过湿化学设计合成了三类含不同卤素原子取代的钙钛矿晶体：(F

【技术实现步骤摘要】
一种新型高效白光发射的二维钙钛矿材料的设计合成
[0001]
本专利技术属于新型钙钛矿发光材料领域，涉及一种二维白光发射的钙钛矿材料的设计合成。
[0002]
技术介绍
近年来，低维有机-无机杂化钙钛矿材料显示出优异的光学性能。钙钛矿材料的宽谱白光发射来源于钙钛矿中的自限域激子(STEs)发光。目前钙钛矿中STEs形成机理尚不清楚，因此，设计合成新型低维白光发射的钙钛矿材料主要依赖于筛选钙钛矿晶体结构中的插层分子，该筛选过程复杂而繁重。因此，精准的设计合成白光发射的钙钛矿材料对该领域的科技工作者是一项巨大挑战。本专利技术通过分子调控手段设计合成了一种全新的二维白光发射的钙钛矿材料，即在钙钛矿晶体的有机物分子中引入卤素原子取代。由于卤素原子具有强的电负性，吸电子能力强，能够吸引有机分子中-NH
3+
的电子，从而导致-NH
3+
上积聚更多的正电荷，这对于STEs的形成起到了非常重要的作用。本专利技术设计合成的钙钛矿材料光致发光量子效率高达32％，显色指数接近90，发光效果按国际照明委员会(CIE)坐标接近标准白光(0.33,0.33)，为设计新型高效白光发射的钙钛矿材料的研究工作提供了新颖的设计思路和广阔的应用前景，本专利技术在现有技术中未见公开报导。
[0003]
技术实现思路
本专利技术通过湿化学设计合成了三类含不同卤素原子取代的钙钛矿晶体： (F-PMA)2PbBr4、(Cl-PMA)2PbBr4、(Br-PMA)2PbBr4，所制得的钙钛矿材料显示出高效的光致量子发光效率，CIE色坐标接近标准白光(0.33,0.33)。
[0004]注：钙钛矿材料原子结构模型及XRD图谱见说明书附图图1
[0005]图释：(a)钙钛矿材料，从左到右：(PMA)2PBr4,(2-ClPMA)2PBr4,(3-ClPMA)2PBr4和 (4-ClPMA)2PBr4的原子结构模型图。(b)钙钛矿材料(F-PMA)2PbBr4,(c)(Cl-PMA)2PbBr4和(d) (Br-PMA)2PbBr4的XRD图谱。采用(PMA)2PbBr4的XRD衍射图谱作为对比。
[0006]注：P代表苯环，MA代表甲胺基，2、3、4分别代表卤素原子取代苯环的2号位，3号位和 4号位。
[0007]注：钙钛矿材料的光学特性图谱见说明书附图图2
[0008]图释：(a-c)荧光吸收光谱：依次是(F-PMA)2PBr4,(Cl-PMA)2PBr4,(Br-PMA)2PBr4。(d)CIE 色坐标：(PMA)2PBr4(黑点)，(2-FPMA)2PBr4(黄点),(2-ClPMA)2PBr4(红点)and (2-BrPMA)2PBr4(粉点)。(e)样品发光图片：(PMA)2PBr4,(2-ClPMA)2PBr4,(3-ClPMA)2PBr4和 (4-ClPMA)2PBr4(从左到右)，第一层是日光照射下样品照片，第二层是紫外光照射下样品样品照片。
[0009]本专利技术的优点和积极效果
[0010]本专利技术设计合成的卤素取代的钙钛矿晶体具有优异的光致发光量子效率，其CIE色坐标接近标准白光(0.33,0.33)，这表明本专利技术在固态照明领域具有广阔的应用前景。结合DFT 计算结果及实验数据分析，发现由于卤素原子的强电负性作用会导致-NH
3+
中正电荷密度增大，从而使得NH
3+-PbBr
3-的库仑力增强，最终导致了STEs的形成和宽带发光特性。因此，本专利技术认为，自限域激子的化学键对于STEs的形成非常重要，可以利用此方法设计合成更多新型发白光钙钛矿晶体材料。
[0011]应明确的是，本专利技术的权利要求在限定范围内，可进行各种变动和改动。
具体实施方式
[0012]下列合成实例可用来进一步说明本专利技术，但不意味着限制本专利技术。
[0013]合成实例
[0014]实验材料及药品
[0015]溴化铅(PbBr2)购自Alfa Aesar。所有烷基胺，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，二甲亚砜(DMSO)，氯仿均购自阿拉丁。
[0016](1)烷基溴化胺的合成
[0017]在室温下，将烷基胺溶液加入到氢溴酸中(摩尔比为1.2:1)，反应物搅拌1小时后，在50℃旋转条件下蒸发去除溶剂。产物用乙醇/乙醚洗涤三次，于60℃真空烘箱中干燥12小时，制得烷基胺溴化物。(注：烷基胺溴化可代表物PMABr，2-FPMABr，3-FPMABr，4-FPMABr； 2-ClPMABr，3-ClPMABr，4-ClPMABr；2-BrPMABr，3-BrPMABr，4-BrPMABr)
[0018](2)钙钛矿晶体的合成
[0019]将0.5mmol R-NH3Br和0.25mmol PbBr2溶于0.25mL DMF和0.25mL DMSO的混合溶剂中制得钙钛矿前驱体溶液。将钙钛矿前驱体溶液加入到30mL开口小瓶中，将小瓶放入装有10mL氯仿的大瓶中，最后将大瓶密封保存在40℃的烘箱中。钙钛矿晶体随着反溶剂的扩散而逐渐生长。几天后，将成品取出，用反溶剂清洗所得钙钛矿晶体两次。
[0020](3)钙钛矿晶体特征：
[0021]采用布鲁克D8先进衍射仪进行X射线衍射测量。用Shimadzu UV3600测定紫外-可见吸收。使用Horiba HR800光谱仪测量稳态荧光光谱，并使用365nm的LED灯作为激发源。荧光量子效率的测量是通过光纤将积分球与荧光光谱仪(QEPro,Oceanoptics)耦合完成的。采用 365nm的LED灯作为激发源。绝对辐照度采用标准光源(HL-3plus，海洋光学)进行校准。通过测定罗丹明6G/乙醇溶液(0.1mol/L)，验证了该实验方法的准确性。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明通过湿化学法设计合成了三类含不同卤素原子的钙钛矿晶体：(F-PMA)2PbBr4、(Cl-PMA)2PbBr4、(Br-PMA)2PbBr4，所制得的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢军，张明明，徐伟高，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：