[发明专利]一种核壳钙钛矿量子点及制备方法

说明书

本发明属于半导体量子点材料技术领域，具体涉及一种核壳钙钛矿量子点及制备方法，制备方法得步骤如下：将两种钙钛矿前驱体各自通过增溶剂溶解于非极性溶剂中，配制成两种钙钛矿前驱体的非极性溶液，再将两者混合并同时加入氨基氧烷，在室温下搅拌一定时间，得到核壳钙钛矿量子点的胶体溶液。本发明采用增溶剂增大非极性溶剂对无机金属盐的溶解度，采用氨基硅烷作为限制钙钛矿晶体生长的配体，同时作为形成二氧化硅外壳的前驱体，原位合成核壳钙钛矿量子点。本发明所用原材料易得，量子点产量和溶剂利用率高，条件温和，操作简单，适合规模化生产；本发明所得量子点在极性和氧环境下长期稳定，无包埋堆积，利于在多种环境下实际应用。

技术领域

本发明属于半导体量子点材料技术领域，具体涉及一种核壳钙钛矿量子点及制备方法。

背景技术

钙钛矿量子点包括有机无机杂化钙钛矿量子点和全无机钙钛矿量子点，在光物理、光化学等方面性能优异，如发光效率高、发光半峰宽窄以及禁带宽度可调、光催化活性高等，在太阳能电池、发光、光催化、化学生物传感器等领域已显示出广泛的应用前景。但是，无论是有机无机杂化钙钛矿的还是全无机钙钛矿的量子点，因其为离子型结构，杂化钙钛矿还含有有机离子，对极性溶剂（如水、乙醇）和氧等十分敏感，在极性、氧环境下易分解，丧失其光电性能；另外，在钙钛矿量子点的制备中，由于作为前驱体的金属无机盐在非极性溶剂中溶解度极低，使钙钛矿量子点难以大产量、高利用率制备。钙钛矿量子点及其制备的这些缺陷严重制约了其产业化应用。

一方面，在钙钛矿量子点的制备中，一般是先将无机金属盐溶解于极性溶剂中得到其极性溶液，再将微量的无机前驱体极性溶液加入到大量的非极性溶剂中进行合成；或是预先将无机金属盐通过与有机酸在高温下反应转化为有机金属盐，提高金属盐在非极性溶剂中的溶解度，得到金属前驱体的非极性溶液，再在非极性溶剂中进行前驱体间的反应。另外，还需加入油酸、油胺等配体，以限制钙钛矿晶体的生长、获得纳米尺寸的钙钛矿量子点。这些制备过程和添加剂，或是产量和溶剂的利用率较低，需使用大量的有机溶剂，难以规模化生产；或是制备十分复杂，条件苛刻，增大了钙钛矿量子点的制备成本。

另一方面，近年来采用无机或有机的惰性材料包覆或包埋钙钛矿量子点，大大提高了钙钛矿量子点的化学稳定性。其中，采用薄层二氧化硅（SiO₂）包覆的钙钛矿量子点，即制备以钙钛矿量子点为核、SiO₂为壳的核壳钙钛矿量子点，能使钙钛矿量子点在水和醇等极性溶剂中其分子结构保持长期稳定，能很好地保持量子点的光电性能，是一种理想的钙钛矿量子点制备方法。例如专利号为CN 107446572A的中国专利申请公开了一种合成二氧化硅包覆有机无机钙钛矿结构量子点的方法及其合成的量子点的应用，以油酸和含氨基的硅烷偶联剂为配体，在室温下通过溶液法一步合成稳定、高效、可溶液加工的二氧化硅包覆有机无机钙钛矿结构量子点。但是，在量子点表面形成SiO₂壳层，通常是通过对有机硅烷用水或醇分解而得，由于极性溶剂的存在使得钙钛矿量子点在没包覆之前其结构有可能已被破坏。因此，十分需要研究开发出在无水或非极性溶剂中进行硅氧烷水解成壳的钙钛矿量子点制备方法。最近，Huang S, Li Z, Long K等人在公开文献 Enhancing the stabilityof CH₃NH₃PbBr₃quantum dots by embedding in silica spheres derived fromtetramethylorthosilicatein“waterless” toluene (Journal of the AmericanChemical Society, 2016, 138:5749)中，利用四甲氧基硅烷在无水甲苯中、在一定湿度环境下进行水解，制备了SiO₂包埋的杂化钙钛矿量子点，但是，与其它采用先制备量子点、后水解进行SiO₂包埋的方法一样，该方法制备得到的是每个硅胶球中包嵌多个钙钛矿量子点，并非单一核壳结构的钙钛矿量子点，其光电性能因量子点包埋堆积而被削弱，且各硅胶球中嵌入的钙钛矿量子点的数量难以严格控制一致。

发明内容