[发明专利]一种新型铷铋氯钙钛矿纳米晶Rb7Bi3Cl16及其制备方法

说明书

本申请公开了一种新型的铷铋氯钙钛矿纳米晶材料的晶体结构及其制备方法。该晶体材料的化学式为Rb₇Bi₃Cl₁₆，属于三方晶系，空间群为P‑31c，晶胞参数为α＝β＝90°,γ＝120°，Z＝2。该纳米晶材料的制备方法主要为采用极性溶剂溶解氯化铋和氯化铷，以直链有机胺和有机羧酸作为表面活性剂，再以弱极性溶剂为分散剂分散。所得的纳米晶具有良好的荧光特性，激发波长为365nm，发射波长为437nm，荧光量子产率最高可达28.43％。同时还具有很好的热稳定性、水稳定性及光稳定性。该纳米晶材料在光电领域，如LED、生物成像、荧光检测等方面有广泛的应用前景。

技术领域

本申请涉及一种新型铷铋氯钙钛矿纳米晶材料的结构及制备方法。

背景技术

钙钛矿纳米晶以其极高的量子产率，能带可调，色纯度高，制备简便及成本低等优点，成为新一代热门的光电材料之一，在显示、医学等领域具有广阔的应用前景。然而，当前的钙钛矿纳米晶主要以铅基钙钛矿为主，如，CsPbX₃, (CH₃NH₃)PbX₃(X＝Cl，Br，I)等，存在着铅的毒性较强以及铅基钙钛矿遇水、光、热易降解的问题，严重制约了钙钛矿纳米晶的应用推广。为此，学者们提出金属替换的策略，即采用具有与铅相似的ns²电子排布的其他毒性更小的金属进行替换，如Sn、Ge、Bi、Sb等。

其中，锡基钙钛矿和锗基钙钛矿，由于Sn和Ge易由二价氧化为四价，稳定性不佳，荧光量子产率低，此类无铅钙钛矿还需进一步研究改良；而铋基钙钛矿纳米晶，如：(CH₃NH₃)₃Bi₂X₉和Cs₃Bi₂X₉纳米晶等，具有更好的热稳定性，水稳定性及长期稳定性，毒性较弱、荧光性能良好等优点，是目前最具研究价值的无铅钙钛矿纳米晶之一，在LED、生物成像、荧光检测等光电领域具有广阔的应用前景。

本申请创新地利用长链的有机胺和有机羧酸作为表面活性剂，极性溶剂作为溶剂，弱极性溶剂作为分散剂，合成出一种新型的铷铋氯钙钛矿纳米晶Rb₇Bi₃Cl₁₆。其制备方法简易，结构独特，荧光性能良好，稳定性大大提高。通过计算得出的量子产率约为28.43％，是一种具有应用价值的新型光电纳米晶材料。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种新型钙钛矿纳米晶材料，该纳米晶材料具有较好的蓝色荧光，激发波长为365nm，发射波长为437nm，计算得出的荧光量子产率为28.43％。此外，该晶体材料具有良好的热稳定性，水稳定性和光稳定性。因此，该纳米晶材料在光电显示领域有广泛的应用前景。

所述钙钛矿纳米晶材料，其特征在于，化学式为Rb₇Bi₃Cl₁₆，其纳米晶材料呈类球状纳米颗粒，平均粒径为1.85±0.8nm，如图1所示。

所述钙钛矿纳米晶Rb₇Bi₃Cl₁₆的晶体结构如图2所示。其特征在于，属于三方晶系，空间群为P-31c，晶胞参数为α＝β＝90°,γ＝120°，Z＝2；每个Bi原子与相邻六个Cl原子配位形成的八面体[BiCl₆]^3-或边共享的二聚体[Bi₂Cl₁₀]^4-，八面体与二聚体交替堆叠，形成离散的三明治结构，而Rb离子则是分布在八面体或二聚体的空隙中，以平衡电荷。