二维金属卤化物钙钛矿的构筑及余辉特性研究

来源 :南京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhiyuanfengxiang
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光激发停止后具有持久发光的有机长余辉材料在存储、安全、显示和生物等诸多领域发挥着巨大作用,一直受到研究人员的重点关注。二维金属卤化物钙钛矿由于其结构多变,具有极强的组分可调节性,较低的缺陷密度和光吸收能力,且激子种类可调节,在实现有机长余辉发射方面具有显著优势。但是目前为止,具有高效率长寿命余辉特性的二维金属卤化物钙钛矿种类较少,且余辉颜色较单一。本论文通过调节二维金属卤化物钙钛矿无机层的组成和结构以及有机层的种类,设计并成功制备了一系列具有长寿命余辉特性的二维金属卤化物钙钛矿。具体的研究内容如下:(1)本工作通过选择PbCl2作为无机层,具有甲氧基基团的苯乙胺衍生物即3-甲氧基苯乙胺(3MPEA)和4-甲氧基苯乙胺(4MPEA)作为有机层,成功制备了两种新型的二维金属卤化物钙钛矿长余辉材料,分别为3MPPC和4MPPC。其中4MPPC的余辉寿命长达480 ms,是目前二维金属卤化物钙钛矿长余辉领域的最长寿命。余辉性能研究表明,4MPPC内部有机层与无机层之间氢键的存在和有机分子之间的相互作用增强了材料的刚性,有效限制了有机分子的运动;同时,无机层有效阻隔了氧气,二者协同作用减少了三重态激子的非辐射跃迁和猝灭,提高了材料的稳定性;基于4MPPC优异的余辉性能和良好的稳定性,其在数据加密和余辉LED器件方面表现出了巨大潜力。(2)本工作选择CdCl2作为无机层,胡椒胺衍生物即胡椒甲胺(P-MA)和胡椒乙胺(P-EA)作为有机层,合成了两种新型的二维金属卤化物钙钛矿长余辉材料,分别为P-MACC和P-EACC;其中,P-MACC的余辉寿命约224 ms,P-EACC的余辉寿命达到了579 ms。经单晶分析,P-MACC和P-EACC寿命差异的原因是由于有机胺阳离子的烷基链长度不同,导致有机胺阳离子在无机层间的堆积排列方式产生差异,P-EACC寿命更长的原因得益于P-EA+之间有效地π-π堆积。此外,P-MACC和P-EACC均具有余辉颜色随温度可调的特性。(3)本工作基于前章工作合成的二维金属卤化物钙钛矿长余辉材料P-EACC,通过掺杂Mn2+的方式,成功实现了红色余辉发射。进一步研究发现,P-EACC的三重态向Mn2+进行能传递,促进Mn2+产生长寿命且高效的红色余辉发射。通过研究不同Mn2+掺杂量,最终得到最优掺杂量为20%,此时材料的寿命和效率可以达到343 ms和44.11%。此外,掺杂Mn2+的P-EACC还具有余辉颜色随温度可调的特性。
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