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Abstract
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Chemistry

리간드 보조 강침을 통해 콜로이드 리드 할라이드 페로브스카이트 나노 혈소판의 막실 합성

Published: October 01, 2019
doi:
10.3791/60114
,
1Department of Chemical Engineering,Massachusetts Institute of Technology

Summary

이 작품은 리간드 보조 강침 방법에 의해 콜로이드 양자 밀폐 납 할로브 스키드 perovskite 나노 혈소판의 허실 실온 합성을 보여줍니다. 합성된 나노 혈소판은 조성과 두께를 변화시킴으로써 가시 범위에 걸쳐 스펙트럼적으로 좁은 광학 적 특징과 연속 스펙트럼 타동성을 보여줍니다.

Abstract

이 작품에서, 우리는 콜로이드 납 할로이드 페로브 스카이트 나노 혈소판 합성을위한 facile 방법을 시연 (화학 식 : L2[ABX3]n-1BX4, L: 부틸람모늄 과 옥틸람모늄, A: 메틸라모늄 또는 formamidin, B: 납, X: 브로마이드 및 요오드화물, n: 리간드 보조 강침을 통해 [BX6]4- 나노 혈소판 두께방향으로 옥타트드랄 층의 수. 개별 페로브스카이트 전구체 용액은 극성 유기 용매인 N,N-디메틸포마미드(DMF)의 각 나노혈소판 성분 염을 용해시킨 다음 표적 나노혈소판 두께 및 조성에 대한 특정 비율로 혼합하여 제조됩니다. 혼합 전구체 용액이 비극성 톨루엔으로 투하되면, 용해도의 갑작스러운 변화는 표면 결합 알킬람모늄 할로겐화물 리간드와 나노 혈소판의 순간 결정화를 유도하여 콜로이드 안정성을 제공합니다. 광발광 및 흡수 스펙트럼은 방출적이고 강하게 양자 에 제한된 특징을 드러냅니다. X선 회절 및 투과 전자 현미경은 나노 혈소판의 2 차원 구조를 확인합니다. 더욱이, 우리는 페로브스카이트 나노혈소판의 밴드 갭이 할로이온(들)의 층치내측정을 변화시킴으로써 가시범위에서 지속적으로 튜닝될 수 있음을 입증한다. 마지막으로, 우리는 여러 종을 표면 캡핑 리간드로 도입하여 리간드 보조 재침전 방법의 유연성을 입증합니다. 이 방법론은 방출 2D 콜로이드 반도체의 분산을 제조하기위한 간단한 절차를 나타냅니다.

Introduction

지난 10 년 동안, 납 할로브 라이드 perovskites 태양 전지1,2,3,4,5,6의 우수한 특성을 효과적으로 강조했습니다. 반도체 재료, 긴 캐리어 확산 길이7,8,9,10,조성 형 tunability4,5,11 및 저비용 합성12. 특히, 결함 내성13,14의 독특한 특성은 다른 반도체와 근본적으로 다른 납 할로브 족제비를 만들어 차세대 광전자 응용 분야에 매우 유망합니다.

태양 전지 이외에, 납 할로이드 perovskites는 발광 다이오드6,15,16,17,18,발광 다이오드와 같은 우수한 광전자 장치를 만드는 것으로나타났습니다. 19,20,21,22, 레이저23,24,25,광검출기26,27, 28. 특히, 콜로이드 나노 결정18,29,30,31,32,33,34의형태로 제조 할때, 35,36,37,38,39 ,40,41,42,43,리드 할로이드 페로브스카이트는 강력한 양자 및 유전체 감금, 큰 엑시톤 결합 에너지44,45및밝은 발광17,19와 함께 허수액을 나타낼 수 있습니다. 처리성을 제공합니다. 퀀텀닷29,30,31,32,나노로드33,34 및 나노 혈소판18, 35,36,37,38,39,40,41,43 은 모양 튜닝성을 더 보여줍니다. 납 할로이드 페로브 스카이트 나노 결정의.

그 나노 결정 중, 콜로이드 2 차원 (2D) 납 할로브 키트, 또는 “perovskite 나노 혈소판”, 특히 때문에 전하 캐리어의 강한 감금, 큰 엑시톤 바인딩 에너지 도달의 발광 응용 프로그램에 대한 유망 최대 수백 개의 meV44,및 나노 혈소판(39)의두께 순수 앙상블에서 스펙트럼 좁은 방출. 또한, 2D 페로브스카이트 나노결정46 및 기타 2D 반도체47,48에 대해 보고된 이방성 방출은 페로브스카이트 나노혈소판 기반의 분리 효율을 극대화할 수 있는 잠재력을 강조합니다. 발광 장치.

여기서, 우리는 리간드 보조 침전 기술36,38,49를통해 콜로이드 납 할로브스카이드 페로브스카이트 나노 혈소판의 단순, 보편적, 실온 합성을 위한 프로토콜을 입증한다. 요오드화물 및 / 또는 브로마이드 할로이드 음이온, 메틸 라모니늄 또는 포르아미디늄 유기 양이온및 가변 유기 표면 리간드를 통합 한 페로브 스카이 트 나노 혈소판이 입증되었습니다. 콜로이드 분산액의 흡수 및 방출 에너지 및 두께 순도를 제어하는 절차에 대해 논의한다.

Protocol

참고 :’n = 1 BX’와’n = 2 ABX’의 간단한 표기는 각각 L 2 BX4 및L2[ABX3]BX4의복잡한 화학 식 대신 여기에서 사용됩니다. 페로브스카이트 나노혈소판의 안정성 및 광학적 특성을 높이기 위해 불활성 조건49(즉, 질소 글로브박스)에서 전체 절차를 완료하는 것이 좋습니다. 1. 페로브 스카이켓 나노 혈소판 전구체 용액?…

Representative Results

페로브스카이트 나노혈소판 및 합성 절차의 개략적 그림은 재료 및 합성 세부 사항에 대한 개요를제공합니다(그림 1). 주변 광 및 UV 하에서 콜로이드 페로브스카이트 나노 혈소판 용액의 사진(그림 2),광발광 및 흡수 스펙트럼과 결합(그림 3)나노 혈소판의 방출 및 흡수 성질을 추가로 확인한다. TEM이미지(도 4)</stron…

Discussion

이러한 합성의 생성물은 알킬라모늄 할로겐화물 표면 리간드에 의해 캡핑된 콜로이드 납 할로이드 나노 혈소판이다(도1a). 도 1b는 리간드 보조 강침을 통해 콜로이드 페로브스카이트 나노 혈소판의 합성 절차를 입증한다. 요약하자면, 구성전구체 염을 원하는 두께 및 조성에 대한 특정 비율로 극성 용매 DMF에 용해시킨 다음, 비극성 톨루엔내로 주입하?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

이 작품은 미국 에너지부, 과학부, 기초 에너지 과학 (BES)에 의해 수상 번호 DE-SC0019345에 의해 지원되었다. 하승균은 관정교육재단 해외박사프로그램 장학금을 부분적으로 지원받았다. 이 작품은 MIT에서 MRSEC 공유 실험 시설을 사용했다, 수상 번호 DMR-08-19762에 따라 국립 과학 재단에 의해 지원. 우리는 교정 및 편집에 대한 도움을 에릭 파워스 감사합니다.

Materials

Equipment
365nm fiber-coupled LED Thorlabs M365FP1 Excitation source (Photoluminescence)
Avantes fiber-optic spectrometer Avantes AvaSpec-2048XL Photoluminescence detector (Photoluminescence spectra)
Cary 5000 Agilent Technologies UV-Vis spectrophotometer (Absorption spectra)
FEI Tecnai G2 Spirit Twin TEM FEI Company Transmission electron microscopy (TEM) operating at 120kV
PANalytical X'Pert Pro MPD Malvern Panalytical X-ray diffraction (XRD) operating at 45 kV and 40 mA with a copper radiation source.
Materials
n-butylammonium bromide (BABr) GreatCell Solar MS305000-50G
n-butylammonium chloride (BACl) Fisher Scientific B071025G butylamine hydrochloride
n-butylammonium iodide (BAI) Sigma-Aldrich 805874-25G
N,N-dimethylforamide (DMF) Sigma-Aldrich 227056-1L Anhydrous, 99.8%
n-dodecylammonium bromide (DDABr) GreatCell Solar MS300880-05
formamidinium bromide (FABr) GreatCell Solar MS350000-100G
formamidinium iodide (FAI) GreatCell Solar MS150000-100G
n-hexylammonium bromide (HABr) GreatCell Solar MS300860-05
lead bromide (PbBr2) Sigma-Aldrich 398853-5G .99.999%
lead chloride (PbCl2) Sigma-Aldrich 268-690-5G 98%
lead iodide (PbI2) solution Sigma-Aldrich 795550-10ML 0.55M in DMF
methylammonium bromide (MABr) GreatCell Solar MS301000-100G
methylammonium iodide (MAI) GreatCell Solar MS101000-100G
n-octylammonium bromide (OABr) GreatCell Solar MS305500-50G
n-octylammonium chloride (OACl) Fisher Scientific O04841G octylamine hydrochloride
n-octylammonium iodide (OAI) GreatCell Solar MS105500-50G
iso-pentylammonium bromide (i-PABr) GreatCell Solar MS300710-05
toluene Sigma-Aldrich 244511-1L Anhydrous, 99.8%
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Ha, S. K., Tisdale, W. A. Facile Synthesis of Colloidal Lead Halide Perovskite Nanoplatelets via Ligand-Assisted Reprecipitation. J. Vis. Exp. (152), e60114, doi:10.3791/60114 (2019).
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