本成果通过配体辅助再沉淀法,演示了胶体量子密闭铅卤化物过诺维特纳米血小板的易感室温合成。合成纳米孔通过改变组成和厚度,在整个可见范围内显示光谱狭窄的光学特征和连续光谱可调谐性。
在这项工作中,我们演示了胶体铅卤化物过氨血层合成的易制方法(化学公式:L2[ABX3]n-1BX4, L: 丁二胺和八角胺, A: 甲基铵或通过配体辅助再沉淀,在纳米血小板厚度方向上,溴化物和碘化物,n:[BX6]4-八面体层的数量。 通过溶解N、N-二甲基甲酰胺(DMF)中的每个纳米血小板成分盐(DMF),即一种极性有机溶剂,然后以特定比例混合靶向纳米血小板厚度和组合物,制备单个perovskite前体溶液。一旦混合前体溶液落入非极性甲苯,溶解度的突然变化就诱导纳米血小板的瞬时结晶,表面粘结的卤化烷基胺配体提供胶体稳定性。光致发光和吸收光谱揭示了发射和强量子限制特性。X射线衍射和透射电子显微镜证实了纳米小板的二维结构。此外,我们还表明,通过改变卤化物孔的孔粒数,可以连续调整在可见范围内的超氧化物纳米血小板的带隙。最后,通过引入多种物种作为表面封布配体,演示了配体辅助再沉淀方法的灵活性。该方法代表了制备发射2D胶体半导体分散体的简单过程。
在过去的十年中,制造含卤素的太阳能电池1,2,3,4,5,6有效地突出了这一半导体材料,包括长载波扩散长度7,8,9,10,成分可调4,5,11和低成本综合12.特别是缺陷容差13、14的独特性质,使卤素铅与其他半导体有着根本的不同,因此在下一代光电子应用中大有希望。
除太阳能电池外,还展示了卤化物,可以制造出一流的光电子器件,如发光二极管6、15、16、17、18、19,20,21,22, 激光23,24,25,和光电探测器26,27 28.特别是,当以胶体纳米晶体的形式制备时,18,29,30,31,32,33,34, 35,36,37,38,39,40,41,42,43, 领先卤化物可能表现出强量子和介电结合,大兴奋结合能44,45,和明亮的发光17,19以及易感溶液加工。各种报告的几何形状包括量子点29,30,31,32,纳米棒33,34和纳米血小板18, 35,36,37,38,39,40,41,43进一步展示了形状的可调谐性铅卤化物过诺夫斯基特纳米晶体。
在这些纳米晶体中,胶体二维(2D)铅卤化物,或”perovskite纳米血小板”,由于电荷载体的强约束,大兴奋结合能量达到,在发光应用中尤其大有前途。高达数百meV44,和光谱狭窄的发射从厚度纯集合的纳米血小板39。此外,报告为 2D perovskite 纳米晶体46和其他 2D 半导体47、48的各向异性发射突出了从基于 perovskite 纳米血小板的分离效率最大化的潜力发光设备。
在这里,我们演示了一种通过配体辅助再沉淀技术36、38、49对胶体铅卤化物的室温合成的简单、通用的室温合成方案。演示了含有碘化物和/或溴化卤化物的苯丙胺、甲基铵或甲烷有机阳离子以及可变有机表面配体的Perovskite纳米血小板。讨论了胶体分散体的吸收和排放能量控制程序和厚度纯度。
这种合成的产物是胶体铅卤化物纳米血小板,由卤化铝表面配体覆盖(图1a)。图1b演示了胶体过氧化物纳米血小板通过配体辅助再沉淀的合成过程。总之,成份前体盐溶解在极性溶剂DMF中,其比重为所需的厚度和成分,然后注入非极性的苯。由于溶解度的突然变化,胶体过氧化物纳米血小板开始瞬间结晶。在制备混合前体溶液时,组成前体之间的比率…
The authors have nothing to disclose.
这项工作得到了美国能源部、科学办公室、基础能源科学办公室(BES)的支持,奖励编号为DE-SC0019345。郑坤豪获得关中教育基金会海外博士计划奖学金的部分支持。这项工作利用了麻省理工学院的MRSEC共享实验设施,由美国国家科学基金会支持,奖励编号为DMR-08-19762。我们感谢埃里克·鲍尔斯协助打样和编辑。
Equipment | |||
365nm fiber-coupled LED | Thorlabs | M365FP1 | Excitation source (Photoluminescence) |
Avantes fiber-optic spectrometer | Avantes | AvaSpec-2048XL | Photoluminescence detector (Photoluminescence spectra) |
Cary 5000 | Agilent Technologies | UV-Vis spectrophotometer (Absorption spectra) | |
FEI Tecnai G2 Spirit Twin TEM | FEI Company | Transmission electron microscopy (TEM) operating at 120kV | |
PANalytical X'Pert Pro MPD | Malvern Panalytical | X-ray diffraction (XRD) operating at 45 kV and 40 mA with a copper radiation source. | |
Materials | |||
n-butylammonium bromide (BABr) | GreatCell Solar | MS305000-50G | |
n-butylammonium chloride (BACl) | Fisher Scientific | B071025G | butylamine hydrochloride |
n-butylammonium iodide (BAI) | Sigma-Aldrich | 805874-25G | |
N,N-dimethylforamide (DMF) | Sigma-Aldrich | 227056-1L | Anhydrous, 99.8% |
n-dodecylammonium bromide (DDABr) | GreatCell Solar | MS300880-05 | |
formamidinium bromide (FABr) | GreatCell Solar | MS350000-100G | |
formamidinium iodide (FAI) | GreatCell Solar | MS150000-100G | |
n-hexylammonium bromide (HABr) | GreatCell Solar | MS300860-05 | |
lead bromide (PbBr2) | Sigma-Aldrich | 398853-5G | .99.999% |
lead chloride (PbCl2) | Sigma-Aldrich | 268-690-5G | 98% |
lead iodide (PbI2) solution | Sigma-Aldrich | 795550-10ML | 0.55M in DMF |
methylammonium bromide (MABr) | GreatCell Solar | MS301000-100G | |
methylammonium iodide (MAI) | GreatCell Solar | MS101000-100G | |
n-octylammonium bromide (OABr) | GreatCell Solar | MS305500-50G | |
n-octylammonium chloride (OACl) | Fisher Scientific | O04841G | octylamine hydrochloride |
n-octylammonium iodide (OAI) | GreatCell Solar | MS105500-50G | |
iso-pentylammonium bromide (i-PABr) | GreatCell Solar | MS300710-05 | |
toluene | Sigma-Aldrich | 244511-1L | Anhydrous, 99.8% |