[发明专利]一种钙钛矿量子点结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钙钛矿量子点结构及其制备方法，该钙钛矿量子点结构是由二氧化硅纳米球包裹甲脒铅溴构成的钙钛矿量子点。所述二氧化硅纳米球的直径为50‑200nm，所述甲脒铅溴钙钛的直径分布在3‑12nm之间。通过在室温下，空气环境下，使用双功能团配体材料，在甲脒铅溴量子点的外表面制备一层能够钝化量子点表面缺陷的二氧化硅保护层。本发明操作简便、成本低廉、产量高，在保证了高的荧光量子产率的同时，避免了极性有毒害溶剂的使用(异丙醇和正己烷)。另外，由于这种反应中，在体系中引入了适量的水，还实现了量子点荧光量子效率和稳定性的提高。

技术领域

本发明属于光电材料技术领域，涉及钙钛矿量子点，尤其是一种由二氧化硅纳米球包裹甲脒铅溴的钙钛矿量子点结构及其制备方法。

背景技术

量子点是指在空间三个维度上具有量子限域效应的纳米晶体，发射峰单一、发射峰半高宽窄这两个特点，让量子点成为照明显示方面非常具有潜力的一种材料。在照明应用方面，量子点随意可调的峰位使得灯具的显色指数达到接近完美的程度。量子点为基础的显示器件，单分散量子点可以提供龟纯度超高的蓝光、绿光、红光发射，由此而使得显示的色域达到自然颜色的全覆盖。

量子点按材料组成分类可以分为三类：无机半导体量子点、碳纳米点以及钙钛矿量子点。无机半导体量子点是基于Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族元素的量子点，特别是镉类量子点，也是目前研究时间最长，应用最广的一类量子点。无机半导体量子点的优点包括：荧光量子效率高、稳定性强、色域宽广、易于包裹等；但其缺点也不可忽视：成本高昂、制备工艺复杂、环境毒性等也制约着其发展。特别是镉类量子点的环境毒性使得世界各国都在逐步推进量子点的无镉化进程，因此寻求新型高效高稳定性量子点替代无机半导体量子点成为了国际上目前一个研究的热点。

有机无机复合钙钛矿材料的结构式为ABX3，式中A元素为正一价的阳离子，如甲胺阳离子(CH3NH3+)、甲脒阳离子((NH2)2CH+)、铯阳离子(Cs+)等，B通常为二价金属阳离子，如铅(Pb2+)、锡(Sn2+)等，X为卤素一价阴离子如氯溴碘(Cl-、Br-、I-)。钙钛矿材料的晶体结构为正八面体。在正八面体晶体结构中，金属阳离子B占据着晶胞的中心位置，而卤素阴离子X则占据着正八面体的六个顶点，与金属阳离子形成配位键钙钛矿类材料由于其独特的结晶性能，使其制备量子点成为了一种可能。

钙钛矿量子点具有低成本、易制备、全光谱范围可调等优点，这些优点使其具备了替代无机半导体量子点的潜力。但是，由于钙钛矿量子点特别是有机-无机复合量子点，由于其较强的离子性使得该类材料结构不稳定，在水氧、光照、热、强蓝光照射下极易发生结构分解，因此如何提高钙钛矿量子点的稳定性成为了目前国内外研究的重中之重。

2016年Li Liang等人报道了使用无水甲苯做溶剂，TMOS加入甲胺铅溴量子点前驱液中得到了二氧化硅包裹的甲胺铅溴量子点，在强蓝光照射7小时后PL强度仍保持在98％，而纯甲胺铅溴量子点已经衰减至36％。这一方法的优点在于无水环境可以有效的阻止钙钛矿量子点分解，但缺点在于其包裹结构随时间增长越来越大，无法形成分布均匀的核壳结构。2016年Yamauchi等人报道了在介孔二氧化硅中生长甲胺铅溴量子点，得到的量子点粉末具有钙钛矿晶型并且具有较好的稳定性，但其缺点在于物理方法会对钙钛矿结构造成损坏。2017年Weiwei Zheng等人报道了将铯铅溴量子点分散于二氧化钛纳米溶液中，其在水中的稳定性十分优异，缺点在于其最终晶体结构过大。2017年Jun Lin等人报道了使用PS纳米球包裹铯铅溴量子点，通过使用不同的溶剂使得PS纳米球溶胀-溶缩，有效的将铯铅溴量子点包裹在PS纳米球中，这一方法提高了材料的对水的稳定性，但其缺点在于高分子类材料氧扩散系数高，且对强紫外照射下的保护作用有限。2018年González-Pedro等人报道了使用APTES作为配体水解生成二氧化硅-铯铅溴核壳结构量子点，包裹后光致发光性能以及稳定性得到了有效的增强。这些研究成果有效的推进了钙钛矿量子点包裹结构的研究进程。

目前对钙钛矿量子点包裹研究尚处于起步阶段，并且主要集中于甲胺铅溴与铯铅溴量子点，而对于甲脒铅溴量子点稳定性增强的研究几乎还处于空白之中。