Эта работа демонстрирует поверхностный комнатно-температурный синтез коллоидных квантовых свинцовых перовскитных наноплитетов с помощью лиганда методом reprecipitationed. Синтезированные нанопластиночки показывают спектрально узкие оптические особенности и непрерывную спектральную настройку во всем видимом диапазоне, изменяя состав и толщину.
В этой работе мы демонстрируем легкий метод для коллоидного свинца галида перовскитна нанопластины синтеза (химическая формула: L2ABX3n-1BX4, L: butylammonium и octylammonium, A: метилламмоний или формамидиниум, B: свинец, X: бромид и йодид, n: число «BX6»4- октагенрные слои в направлении толщины наноплатятки) через ligand-assisted reprecipitation. Индивидуальные решения перовскитных прекурсоров готовятся путем растворения каждой нанопластинок, составляющей соль в N, N-dimethylformamide (DMF), которая является полярным органическим растворителем, а затем смешиваются в специфических соотношениях для целевой толщины нанопластинок и композиции. После того, как раствор смешанного прекурсора сбрасывается в неполярный толуол, резкое изменение растворимости вызывает мгновенную кристаллизацию нанопластинок с поверхностными алкиломоний галидными лигандами, обеспечивающими коллоидную стабильность. Фотолюминесценция и абсорбция спектров выявить эмиссионные и сильно квантовых ограниченных особенностей. Рентгеновская дифракция и электронная микроскопия передачи подтверждают двумерную структуру нанопластинок. Кроме того, мы демонстрируем, что зазор перовскитных нанопластинок может непрерывно настраиваться в видимом диапазоне путем изменения стойихиометрии иона галида (ы). Наконец, мы демонстрируем гибкость метода реприза, помогающего лиганду, внедряя несколько видов в качестве поверхностных лигандов. Эта методология представляет собой простую процедуру для подготовки дисперсий эмиссионных 2D коллоидных полупроводников.
В последнее десятилетие, изготовление свинца галид перовскиты солнечных элементов1,2,3,4,5,6 эффективно подчеркнул отличные свойства этого полупроводниковый материал, включая длиннуюдлину диффузии носителя7,8,9,10,композиционную настройку4,5,11 и недорогой синтез12. В частности, уникальный характер толерантности к дефектам13,14 делает свинцовый галид перовскиты принципиально отличается от других полупроводников и, таким образом, весьма перспективным для оптоэлектронных приложений следующего поколения.
В дополнение к солнечным батареям, свинцовые перовскиты, как было показано, делают отличные оптоэлектронные устройства, такие как светоизлучающие диоды6,15,16,17,18, 19,20,21,22,лазеры23,24,25,и фотодетекторы26,27, 28. Особенно, при приготовлении в виде коллоидных нанокристаллов18,29,30,31,32,33,34, 35,36,37,38,39,40,41,42,43,свинца галид перовскиты могут проявлять сильные квантово-и диэлектрические-заточения, большой возняцион связывающей энергии44,45,и яркий люминесценции17,19 вместе с поверхностным раствором обрабатываемость. Различные сообщили геометрии, включая квантовые точки29,30,31,32, нанороды33,34 и наноплиты18, 35,36,37,38,39,40,41,43 далее демонстрируют настройку формы свинцового палида перовскитных нанокристаллов.
Среди этих нанокристаллов, коллоидные двухмерные (2D) свинцовые перовскиты, или “перовскитные нанопластиночки”, особенно перспективны для светоизлучающих приложений из-за сильного ограничения носителей заряда, большой эксцитон связывающей энергии, достигающей до сотен meV44, и спектрально узкое излучение от толщины чистых ансамблей наноплитетов39. Кроме того, анизотропные выбросы, зарегистрированные для 2D перовскитных нанокристаллов46 и других 2D полупроводников47,48 подчеркивает потенциал максимизации эффективности из-за перовскитных нанопластинок светоизлучающих устройств.
Здесь мы демонстрируем протокол для простого, универсального, комнатно-температурного синтеза коллоидных свинцовых перовскитных наноплитетов с помощью лиганда36,38,49. Перовскитные нанопластиночки, включающие йодид и/или бромидные галидные анионы, метилламмоний или формамидин органические катионы, а также переменные органические поверхностные лиганды. Обсуждаются процедуры контроля поглощения и эмиссионной энергии и чистоты коллоидной дисперсии.
Продуктом этого синтеза является коллоидный свинцовый галид нанопластиночки ограничен алкилламмония галида поверхностных лигандов(рисунок 1a). Рисунок 1b демонстрирует синтетическую процедуру коллоидных перовскитных нанопластинок с помощью лиганда. ?…
The authors have nothing to disclose.
Эта работа была поддержана Министерством энергетики США, Управлением по науке, фундаментальным энергетическим наукам (BES) под номером премии DE-SC0019345. Сын Кын Ха была частично поддержана Кванчжон образования Фонд заморских докторской программы стипендии. Эта работа была проведена при поддержке Национального научного фонда при поддержке Национального научного фонда dMR-08-19762. Мы благодарим Эрика Пауэрса за помощь в проверке и редактировании.
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% |