[发明专利]一种颜色可调的小尺寸Mn:CsPbCl3纳米晶的制备方法

说明书

本发明的一种颜色可调的小尺寸Mn:CsPbCl₃纳米晶的制备方法属于半导体纳米材料制备的技术领域。首先，称取氯化铅、油酸、油胺、十八烯置于三颈瓶中，120℃抽真空，在氮气保护下，加入三辛基膦，于150℃溶解形成混合溶液；然后，将混合溶液降至室温，注入油酸铯溶液，室温反应1h得到CsPbCl₃纳米晶种子，随后，利用CsPbCl₃纳米晶种子制得不同尺寸的氯铅铯钙钛矿，提纯后加入锰盐研磨，得到不同颜色的Mn:CsPbCl₃纳米晶。本发明首次实现了Mn:CsPbCl₃钙钛矿纳米晶的颜色在紫红至红光可调，且尺寸可控，具有较高的荧光效率。整个反应操作简单，原料易得，并且可以大量合成，产品应用前景广泛。

技术领域

本发明属于半导体纳米材料制备技术领域，涉及一种颜色可调的小尺寸 Mn:CsPbCl₃纳米晶的制备方法。

背景技术

半导体材料从体相逐渐减小至一定临界尺寸(1～20纳米)后，其载流子的波动性变得显著，运动将受限，导致动能的增加，相应的电子结构从体相连续的能级结构变成准分裂的不连续，这一现象称作量子尺寸效应。比较常见的半导体纳米粒子即量子点主要有II-VI，III-V以及IV-VI族。这些种类的量子点都十分遵守量子尺寸效应，其性质随尺寸呈现规律性变化，例如吸收及发射波长随尺寸变化而变化。因此，半导体纳米晶在照明、显示器、激光器以及生物荧光标记等领域都有着十分重要的应用。

过渡金属掺杂半导体纳米晶，通过调节II-VI、III-V族半导体纳米晶的尺寸及掺杂过渡金属，有着具有稳定的可见-近红外发射光谱，不仅如此，过渡金属掺杂半导体纳米晶具有热和环境的高稳定性，较高的激发态寿命以及大的斯托克斯位移有效的避免发光材料自吸收等特点，逐渐成为当前研究的热点。Mn²⁺是最主要的掺杂过渡金属之一，常常作为引入新功能的手段掺杂在II-VI族及多元半导体纳米晶中，如Mn:ZnSe、Mn:CuInS₂、Mn:CdS/ZnS等。与II-VI族半导体相比，钙钛矿型纳米晶(CsPbX₃，X＝Cl、Br、I)荧光寿命短，发射波长窄，具有优异的光学性能，是光电应用领域如太阳能电池、激光和发光二极管等最具潜力的应用材料，随之近年来研究人员们开始对Mn掺杂钙钛矿纳米材料展开了广泛的研究。

目前，制备Mn掺杂钙钛矿纳米晶的方法都是在溶液相中进行的，包括高温热注入法和过饱和结晶法。1)高温热注入法，是将过量的锰盐和铅盐在油酸、油胺等配体的作用下溶解在十八烯中形成混合溶液，然后在高温条件下加入羧酸铯溶液，形成Mn:CsPbCl₃纳米晶。但是这种高温的合成方法使得纳米晶的尺寸都比较大且尺寸不可控，无法得到小尺寸的掺杂纳米晶；2)过饱和结晶法，是将过量的铅盐和铯盐在油酸、油胺等配体的作用下溶解在DMF中形成混合溶液，然后和溶解在DMF中的二氯化锰溶液一起注入丙酮溶液中，并剧烈搅拌。这种方法反应条件温和，但反应时间过长(40h)，锰掺杂的荧光都是黄橙光且荧光效率低，在应用上具有一定的局限性。因此建立一种新的锰掺杂氯铅铯钙钛矿纳米晶的方法在未来的应用来说尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服背景技术存在的问题，提供一种颜色可调的小尺寸Mn:CsPbCl₃钙钛矿纳米晶的制备方法。

本发明所提出的这种新的制备方法，通过研磨锰盐和不同尺寸的氯铅铯钙钛矿纳米晶，得到一种颜色可调的Mn:CsPbCl₃钙钛矿纳米晶。该纳米晶尺寸在小尺寸范围内均一可控，发光颜色紫红至红光可调，且具有较高的荧光效率。

上述技术问题通过以下技术方案来实现：