反溶剂法快速合成高效发光二维锡卤钙钛矿材料

doi:10.7503/cjcu20210358

摘要/Abstract

摘要：

铅卤钙钛矿材料由于其优异的光电性质而受到了广泛关注. 但是，材料中铅的毒性问题极大地阻碍了其大规模应用. 因此，寻找与铅卤钙钛矿具有相似光电性质的非铅卤化物钙钛矿材料十分重要. 其中, 锡基卤化物钙钛矿被认为是铅基钙钛矿材料最佳的替代材料之一. 本文通过简便的反溶剂方法, 合成了一系列新型二维(RNH₃)₂SnX₄(R为烷基链, X=Br^-, I^-)钙钛矿材料. 研究结果表明, 所合成的材料具有优异的荧光发射性质, 发光量子效率高达98.5%，比三维ASnX₃[A=Cs⁺, 甲胺(MA⁺), 甲脒(FA⁺)等]型钙钛矿表现出更好的稳定性. 本文所采用的合成方法简单易行, 有利于实现金属卤化物钙钛矿材料的大规模合成及在固态照明器件和显示器件领域的工业应用.

关键词: 二维锡卤钙钛矿, 反溶剂法, 高效发光, 高稳定性, 发光二极管

Abstract:

In recent years， lead halide perovskites have attracted extensive attention due to their remarkable optoelectronic properties. However， the toxicity of lead in materials has greatly hindered their large-scale commercial applications. Therefore， it is very important to find lead-free halide perovskite materials with similar photoelectric properties as lead halide perovskite materials. Among the lead-free halide perovskites， tin-halide perovskite is considered as one of the best substitutes for lead based perovskite materials. Herein， a series of novel two-dimensional（2D）（RNH₃）₂SnX₄（R is alkyl chain， X=Br^-， I^-） perovskite materials was synthesized by a simple antisolvent method， which have excellent fluorescence emission properties with photoluminescence quantum yield（PLQY） up to 98%. It was found that the prepared materials are more stable than 3D ASnX₃-type［A=Cs⁺， methylammonium（MA⁺）， formamidinium（FA⁺）］ ones. This work lays a foundation for the industrial application of metal halide perovskite materials in solid-state lighting devices and display devices.

Key words: 2D Tin-halide perovskite, Anti-solvent method, Highly luminescent, High stability, Light- emitting diode

中图分类号:

O614

TrendMD:

刘瑶, 邓正涛. 反溶剂法快速合成高效发光二维锡卤钙钛矿材料. 高等学校化学学报, 2021, 42(12): 3774.

LIU Yao, DENG Zhengtao. Fast Synthesis of Highly Luminescent Two-dimensional Tin-halide Perovskites by Anti-solvent Method. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(12): 3774.

图/表 11

Fig.1 Powder X?ray diffraction patterns of C4 and C8(A) and FTIR spectra of C4(B) and C8(C)

Fig.2 Survey(A) and high resolution(B―D) X?ray photoelectron spectra of C8（B） N1s；（C） Sn3d；（D） Br3d.

Fig.3 Scanning electron microscopy images of C4(A1―A3), C8(B1―B3) and energy?dispersive X?ray spectroscopy mapping images of C4(C1―C3) and C8(D1―D3)（C1， D1） N；（C2， D2） Sn；（C3， D3） Br.

Fig.4 Photographs of the C4 and C8 colloidal suspension under room(A1) and UV light(A2), UV?absorption(a), PL emission(b) and PL excitation(c) spectra of C4(B1) and C8(B2) and (αhυ)2?hυ plots of C4(C1) and C8(C2)

Fig.5 Absolute PLQYs of as?synthesized 2D C4(A) and C8(B) perovskites under different excitation wavelengths and three?dimensional excitation?emission matrix fluorescence spectra of C4(C) and C8(D)

Fig.6 Time?resolved PL decays spectra of C4(A) and C8(B)

Table 1 kr, knr and kr/knr of C4 and C8

Sample	PLQY（%）	τ_avg/μs	k_r/μs^-1	k_nr/μs^-1	k_r/k_nr
C4	98.5	5.37	0.1834	0.0028	65.50
C8	88.0	5.51	0.1597	0.0218	7.33

Fig.7 Stability curves displayed by the PLQYs of (RNH3)2SnBr4 perovskites

Fig.8 PXRD patterns of C8?6Br/I and C8?4Br/I and SEM images of C8?6Br/I(B1, B2) and C8?4Br/I(C1, C2)

Fig.9 Photographs under room(A1) and 365 nm UV light(A2), PL emission and PL excitation spectra(B1, B2), time?resolved PL decays spectra(C1, C2) of C8?4Br/I(B1, C1) and C8?6Br/I(B2, C2)

Fig.10 Emission spectra of (C8H17NH3)2SnX4 perovskites with different ZnI2 contents(A) ZnI2=0 mg; (B) ZnI2=5 mg; (C) ZnI2=15 mg. The insets show the photos of the corresponding(C8H17NH3)2SnX4 perovskite under 365 nm UV light.

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