[发明专利]复合材料及其制备方法、应用、发光二极管及其制备方法

说明书

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种复合材料及其制备方法、应用、发光二极管及其制备方法。所述复合材料包括二氧化铈纳米颗粒以及掺杂在所述二氧化铈纳米颗粒中的氮元素和铌元素。N‑Nb的共掺杂可使CeO₂中电子费米能级移动到导带，使得CeO₂的禁带宽度变窄，电子可以比较容易地从杂质能级跃迁进入导带，从而提高了电子传输能力，将该复合材料用于量子点发光二极管，可以有效提高器件的发光效率。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种复合材料及其制备方法、应用、发光二极管及其制备方法。

背景技术

半导体量子点(Quantum Dot，QD)具有量子尺寸效应，人们通过调控量子点的大小来实现所需要的特定波长的发光，CdSe QDs的发光波长调谐范围可以从蓝光一直到红光，在量子点发光器件如量子点发光二极管(Quantum Dot Light Emitting Diodes，QLED)中具有很好的应用前景。在传统的无机电致发光器件中，电子和空穴分别从阴极和阳极注入，然后在发光层复合形成激子发光。宽禁带半导体中导带电子可以在高电场下加速获得足够高的能量，并注入QDs使其发光。

二氧化铈(CeO₂)是一种禁带宽度为2.6eV的直接带隙宽禁带半导体材料，是一种廉价的轻稀土氧化物，CeO₂纳米颗粒的大小及形貌对材料的物理化学性能有很大的影响，能级匹配、导电性好、透过率高的CeO₂纳米颗粒具有很好的应用前景，但其电子传输性能还有待提高。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种复合材料及其制备方法、应用，旨在解决二氧化铈的n型掺杂效果不理想的技术问题。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种复合材料的制备方法，包括如下步骤：

提供含氮元素前驱体盐、铌盐和铈盐；

将所述含氮元素前驱体盐、铌盐和铈盐溶于有机溶剂中，在碱性条件下进行加热处理，得到前驱体溶液；

将所述前驱体溶液进行固液分离，得到复合材料；

其中，所述复合材料包括二氧化铈纳米颗粒以及掺杂在所述二氧化铈纳米颗粒中的氮元素和铌元素。

本发明提供的复合材料的制备方法，将含氮元素前驱体盐、铌盐和铈盐溶于有机溶剂中，在碱性条件下进行加热处理，然后固液分离得到该复合材料，该复合材料包括二氧化铈纳米颗粒以及掺杂在二氧化铈纳米颗粒中的氮元素和铌元素；掺入的铌元素以Nb⁵⁺的方式发生固溶，Nb⁵⁺占据了晶格中Ce⁴⁺的位置，Nb的5个价电子中有4个与O结合形成饱和键，第5个电子从杂质原子上分离出去，形成了1个多余的价电子，此电子的能级位于能隙中稍低于导带底处，这样很容易获得足够的能量跃迁到导带上成为自由电子，在外加电场作用下定向运动而导电，因此掺杂Nb元素增加了净电子，使CeO₂纳米颗粒的电阻降低，增加了电导率；而掺杂的N替代O，能有效降低CeO₂的导带底，从而使施主能级变浅，进而降低了施主元素的离化能。因此，通过受主(N)-施主(Nb)，由于能级之间的强耦合作用，施主离化能显著减小，并且由于N-Nb间存在较强的亲和力，掺杂中不易形成间隙受主缺陷，N-Nb的掺杂可使CeO₂中电子费米能级移动到导带，使得CeO₂的禁带宽度变窄，电子可以比较容易地从杂质能级跃迁进入导带，从而提高了电子传输能力；因该复合材料具有很好的电子传输性能，可以将该复合材料作为电子传输材料用于量子点发光二极管的电子传输层，可以有效提高器件的发光效率。

本发明另一方面提供一种复合材料，所述复合材料包括包括二氧化铈纳米颗粒以及掺杂在所述二氧化铈纳米颗粒中的氮元素和铌元素。