[发明专利]基于原位巯基硅烷钝化制备铯铅卤钙钛矿量子点的方法

说明书

本发明公开了基于原位巯基硅烷钝化制备铯铅卤钙钛矿量子点的方法，是首先分别配制铯前体溶液和卤化铅前体溶液，然后将铯前体溶液与巯基硅烷混合后，通过热注入法同时注入到卤化铅前体溶液中进行反应，从而获得表面形成有钝化层的铯铅卤钙钛矿量子点。本发明所得量子点的荧光量子效率可以达到99％，且一个月内该指标的数值仍然高于95％。

技术领域

本发明涉及一种高性能铯铅卤钙钛矿量子点的制备方法，属于新型纳米材料制备领域。

背景技术

纳米材料的发展将极大丰富光电子器件的应用，而纳米材料的性能与其合成方法密切相关。热注入法是一种常见的半导体量子点制备技术，量子点的形貌和质量与前驱体材料、配体材料的化学性质及其具体使用方法相关。

铯铅卤量子点具有很好的缺陷容忍性，因而是一类高效的发光材料。标准的铯铅卤量子点制备工艺是采用油胺和油酸作为表面配体，该方法制备的CsPbBr₃量子点的荧光量子效率(PLQY)可以达到75％。在此基础上，进一步对量子点的内部及表面的缺陷进行钝化，其量子效率可以达到90％以上，相应的稳定性也会显著提升。专利CN111088045A公开了基于巯基硅烷配体交换制备高性能钙钛矿量子点的方法，是在以油胺和油酸为表面配体通过热注入法制备的钙钛矿量子点的非极性溶剂的分散液中，加入3-巯基丙基三甲氧基硅烷MPTMS并搅拌反应，使MPTMS作为新的表面配体替换原表面配体，从而获得高性能钙钛矿量子点，按此方法制备的CsPbBr₃量子点的PLQY提高至89.18％。

尽管如此，追求更高PLQY仍然是非常重要的，因为这类量子点的化学稳定性、热稳定性及光稳定性均与其荧光量子效率正相关，且现有方法制备的量子点还不能满足实际应用对其稳定性的要求。

发明内容

为避免上述现有技术所存在的不足，本发明公开了一种基于原位巯基硅烷钝化制备铯铅卤钙钛矿量子点的方法，旨在通过调整工艺条件，进一步提高所得量子点的荧光量子效率和稳定性。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

基于原位巯基硅烷钝化制备铯铅卤钙钛矿量子点的方法，其特点在于：首先分别配制铯前体溶液和卤化铅前体溶液，然后将铯前体溶液与巯基硅烷混合后，通过热注入法同时注入到卤化铅前体溶液中进行反应，从而获得表面形成有钝化层的铯铅卤钙钛矿量子点。具体包括如下步骤：

步骤1、配制铯前体溶液

在惰性气体保护下，将碳酸铯、十八烯和油酸加入至三颈烧瓶中，先加热至120℃并保温1h，再加热至150℃并保温至碳酸铯完全溶解，获得铯前体溶液；

步骤2、配制卤化铅前体溶液

在惰性气体保护下，将十八烯和卤化铅加入至三颈烧瓶中，加热至120℃并保温1h，然后注入油胺和油酸，保温至卤化铅完全溶解，获得卤化铅前体溶液；

步骤3、热注入反应

将步骤2所获得的卤化铅前体溶液在10min内升温至160℃～165℃；

将步骤1所获得的铯前体溶液与巯基硅烷混合并预热至100℃～120℃，然后快速注入升温后的卤化铅前体溶液中，反应3～7s，再快速放入冰水浴中冷却，反应即停止，所得产物经提纯后，即获得表面形成有钝化层的铯铅卤钙钛矿量子点。

进一步地，各原料的用量会极大的影响产物的形貌和性能。通过实验，本申请所确定的各原料最优配比如下：步骤1中，碳酸铯、十八烯和油酸的用量比为0.3～0.4g：16mL：1mL；步骤2中，十八烯、卤化铅、油胺和油酸的用量比为5～10mL：0.05～0.14g：0.5～1mL：1～1.5mL；步骤3中，铯前体溶液、巯基硅烷与卤化铅前体溶液的质量体积比为1～1.2mL：0.8mL：6.5～12.5mL。