Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

التوليف facile من الرصاص الغرويه Halide Perovskite النانو الصفائح الدموية عن طريق Ligand بمساعده أعاده هطول الامطار

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

Summary

يوضح هذا العمل سهل الغرفة-تركيب درجه الحرارة من الغرويه الكم المحصورة الرصاص هاليد perovskite الصفائح الدموية بواسطة ligand بمساعده طريقه أعاده هطول الامطار. الصفيحات النانويه التوليف تظهر الميزات البصرية الضيقة طيفيا والقدرة الطيفية المستمرة في جميع انحاء نطاق مرئية من خلال تغيير تكوين وسمك.

Abstract

في هذا العمل ، ونحن نظهر طريقه سهل لالغرويه الرصاص هاليد perovskite تخليق النانويه (الصيغة الكيميائية: l2[abx3]n-1BX4، l: butylammonium و اوكتيلامونيوم ، ا: ميثيل الأمونيوم أو فورميدينيوم ، ب: الرصاص ، X: بروميد ويوديد ، n: عدد [BX6]4-ثمانيه السطوح الطبقات في اتجاه سماكه الصفيحات النانويه) عن طريق المساعدة علي الترسيب بالاربطه. يتم اعداد الحلول الفردية السلائف perovskite عن طريق حل كل الملح المكونة النانو في ن ، ن-ديميثيلفوراميد (DMF) ، وهو المذيبات العضوية القطبية ، ومن ثم الاختلاط في نسب محدده لسمك نانوصفائح المستهدفة وتكوينها. مره واحده يتم إسقاط الحل السلائف المختلطة في تولوين غير القطبية ، والتغير المفاجئ في الذوبان يؤدي إلى تبلور لحظيه من الصفائح الدموية مع يغاندس السطح المتجه إلى الأرض التي توفر الاستقرار الغرويه. وتكشف أطياف الضوء الضوئي والامتصاص عن الميزات المحدودة الكمية والمحصورة بقوة. الاشعه السينية والمجهر الكترون انتقال تاكيد الهيكل ثنائي الابعاد لصفائح النانو. وعلاوة علي ذلك ، ونحن نثبت ان الفجوة الفرقة من الصفيحات النانو perovskite يمكن ضبطها بشكل مستمر في النطاق المرئي من خلال متفاوتة من قياس الانحناء من أيونات الهاليد (ق). وأخيرا ، فاننا نظهر مرونة طريقه أعاده هطول الامطار التي تساعد علي الربط باليد عن طريق إدخال أنواع متعددة مثل الاغطيه السطحية المتوجه. وتمثل هذه المنهجية اجراء بسيطا لاعداد تشتت أشباه الموصلات الغرويه ثنائيه الابعاد.

Introduction

في العقد الماضي ، وتصنيع الرصاص هاليد perovskites الخلايا الشمسية1،2،3،4،5، 6 وقد سلط الضوء بشكل فعال علي خصائص ممتازة لهذا ماده أشباه الموصلات ، بما في ذلك طويلة انتشار الناقل أطوال7،8،9،10، التركيبية tunability4،5،11 والتوليف منخفض التكلفة12. علي وجه الخصوص ، فان الطبيعة الفريدة للتسامح العيب13،14 يجعل perovskites الرصاص هاليد مختلفه أساسا من أشباه الموصلات الأخرى ، التالي واعده للغاية للتطبيقات الضوئية الجيل القادم.

بالاضافه إلى الخلايا الشمسية ، وقد ثبت perovskites الرصاص هاليد لجعل الاجهزه الضوئية ممتازة مثل الصمامات الثنائية الباعثة علي الضوء6،15،16،17،18، 19،20،21،22، الليزر23،24،25، والفوتودورات26،27، 28- خصوصا, عندما أعدت في شكل نانوكريستالس الغرويه18,29,30,31,32,33,34, 35،36،37،38،39،40،41،42،43، الرصاص قد يحمل هاليد perovskites قويه الكم وعازله الحبس ، والطاقة الكبيرة ملزمه44،45، ومشرق التلالؤ17،19 جنبا إلى جانب مع حل سهل التجهيز. وذكرت مختلف هندسي بما في ذلك الكم النقاط29,30,31,32, nanorods33,34 والصفيحات النانويه18, 35،36،37،38،39،40،41،43 مزيد من التدليل علي شكل توبيليتي من الرصاص هاليد perovskite nanocrystals.

ومن بين تلك نانوكريستالس ، الغرويه ثنائيه الابعاد (2d) الرصاص الهاليد perovskites ، أو "الصفيحات النانو perovskites" ، واعده خصوصا للتطبيقات التي ينبعث منها الضوء بسبب الحجز القوي للناقلات تهمه ، كبيره اكسيتون ملزمه الطاقة الوصول إلى تصل إلى مئات من44mev ، والانبعاثات الضيقة طيفي من الفرق سمك-نقيه من الصفائح الدقيقة39. بالاضافه إلى ذلك ، ذكرت الانبعاثات متباينة الخواص ل 2d perovskite نانوكريستوالس46 وغيرها من أشباه الموصلات 2d47،48 يسلط الضوء علي امكانيه تعظيم الكفاءة outcoupling من المستندة إلى النانو perovskite أجهزه باعثه علي الضوء.

هنا ، ونحن نظهر بروتوكول لبسيطه ، عالميه ، غرفه درجه حرارة التوليف من الغرويه الرصاص هاليد perovskite الصفائح الدموية عن طريق تقنيه أعاده هطول الامطار بمساعده ligand ،36،38،49. وتظهر الصفائح النانويه perovskite التي تتضمن يوديد و/أو الأيونات الهاليد لبروميد الميثيل ، ميثيل الأمونيوم أو فورميدسينينيوم العضوية ، ومتغيرة العضوية يغاندس السطح. وتناقش إجراءات السيطرة علي الطاقة الاستيعابية والانبعاثات ونقاء سمك التشتت الغرويه.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ملاحظه: سيتم استخدام التدوينات ابسط من 'ن = 1 BX ' و 'ن = 2 abx ' من هنا بدلا من الصيغة الكيميائية المعقدة ل2bx4 و l2[abx3] bx4، علي التوالي. لتحسين الاستقرار والخصائص البصرية من الصفائح الدموية الناتجة perovskite ، فمن المستحسن لإكمال الاجراء بأكمله تحت ظروف خاملة49 (اي ، النيتروجين غلوفيبوكس).

1. اعداد محلول السلائف النانو الصفيحات perovskite

  1. اعداد ~ 1 مل من حلول 0.2 M من بروميد الميثيل الأمونيوم (MABr) ، بروميد فورميميدينيوم (فابر) ، بروميد الرصاص (PbBr2) ، بوتيل الأمونيوم بروميد (babr) ، اوكتيلامونيوم بروميد (OABr) ، يوديد ميثيل الأمونيوم (MAI) ، يوديد الفورميدينيوم (FAI) ، يؤدي يوديد (2) ، ويوديد الأمونيوم (بأي) ، ويوديد اوكتيلامونيوم (المكتب) في ن ، ن-ديميثيلفورميد (dmf) اما عن طريق أذابه كل الملح في dmf أو عن طريق تمييع الحلول المتاحة تجاريا.
    1. PbBr2 غير قابل للذوبان بسهوله في dmf في درجه حرارة الغرفة ، والحفاظ علي الحل في 80 درجه مئوية لمده 10 دقيقه أو أكثر لحل كامل. مره واحده حلها ، وتبريد الحل مره أخرى إلى درجه حرارة الغرفة قبل الاستخدام.
      ملاحظه: يمكن زيادة تركيز الحلول السلائف الفردية لتوليف المزيد من الصفائح الدموية ، ولكن الحد الأقصى للتركيز عاده ما تكون محدوده من قبل توصيفي من PbBr2 و2 ، 12 في dmf.
  2. خلط تلك الحلول السلائف الفردية في نسب الحجمي محدده لكل سمك الهدف وتكوينها.
    1. لتوليف الصفائح النانويه فقط أو يوديد النانو فقط ، انظر الجدول 1، الذي يلخص النسب الحجمية ل n = 1 و n = 2 بروميد ويوديد النانو الصفائح الدموية.
    2. لتوليف الصفائح الدموية مع التراكيب هاليد مختلطة ، والجمع بين بروميد فقط ويوديد-فقط perovskite الحلول السلائف النانويه من نفس السماكة في النسبة الحجمية المطلوبة لتكوين الهدف. علي سبيل المثال ، لجعل 30 ٪-بروميد-70 ٪-يوديد n = 2 perovskite النانو الصفائح الدموية ، مزيج الحلول السلائف من n = 2 mapbbr و n = 2 mapbi في 3:7 نسبه الحجمي.
      ملاحظه: تغيير الموجبة العضوية لا يؤثر بشكل كبير علي الطاقات الانتقالية البصرية13. يتم ضبط الامتصاص والتلالؤ في المقام الأول عن طريق تغيير تكوين الهاليد أو سماكه الصفيحات النانويه.

2. توليف الصفائح النانويه perovskite عن طريق ligand بمساعده طريقه أعاده هطول الامطار

  1. حقن 10 μL من محلول السلائف المختلطة في 10 مل من تولوين تحت التحريك القوي. ستتبلور الصفائح النانو علي الفور بسبب التغير المفاجئ في الذوبان.
    ملاحظه: يمكن زيادة كميه محلول السلائف المختلطة التي تم حقنها في تولوين لتصل إلى ~ 100 μL. المبلغ الإجمالي لمحلول السلائف المحقونة وسرعه الحقن لا يبدو ان تؤثر بشكل كبير علي الصرف الصفيحات النانويه بيروفسكايت (الشكل S1). ومع ذلك ، حقن الكثير من DMF يزيد من قطبيه الحل ويقلل من تبلور.
  2. ترك الحل تحت التحريك لمده 10 دقيقه حتى يتم ملاحظه اي تغيير اللون المزيد من الحل لضمان بلوره كامله من الصفائح النانويه perovskite.
    ملاحظه: الصفائح النانويه perovskite توليفها حديثا من الحلول السلائف الطازجة عاده ما تظهر أفضل الغلة الكم الضوئية والضوئية49الاستقرار. ومع مرور الوقت ، سيتم تجميع النانو ببطء (الشكل S2) ، وتدهور الاستقرار الغرويه. التالي ، فمن المستحسن استخدام حلول النانو الصفائح الدموية في أقرب وقت ممكن مره واحده توليفها.

3. توصيف اعداد العينات وتنقيه محلول النانو الصفائح الدموية الغرويه perovskite.

  1. المجهر الكترون الإرسال (TEM) اعداد العينة.
    1. الطرد المركزي الحل في 2050 x g لمده 10 دقيقه.
    2. تجاهل الخارقة.
    3. أعاده تفريق الصفيحات النانو في 1 مل من تولوين.
    4. إسقاط قطره 1 علي شبكه TEM.
    5. تجفيف العينة تحت فراغ.
  2. الاشعه السينية الانكسار (XRD) اعداد العينة
    1. الطرد المركزي الحل في 2050 x g لمده 10 دقيقه.
    2. تجاهل الخارقة.
    3. أعاده تفريق الصفيحات النانو في 30 μL من تولوين.
    4. قطره الزهر علي شريحة زجاجيه.
    5. تجفيف العينة تحت فراغ.
  3. تنقيه عامه
    1. الطرد المركزي الحل في 2050 x g لمده 10 دقيقه.
    2. تجاهل الخارقة.
    3. أعاده تفريق الصفيحات النانو في المبلغ المطلوب من المذيبات اعتمادا علي الاستخدام.
      ملاحظه: اعتمادا علي استخدام الصفيحات النانويه ، يمكن تعديل حجم المذيب أعاده تفريق بحريه وغيرها من المذيبات العضوية غير القطبية مثل الهكسين ، اوكتان أو كلور يمكن استخدامها بدلا من تولوين.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

التوضيح التخطيطي لصفائح النانو perovskite واجراء التوليف يعطي لمحه عامه عن المواد والتفاصيل الاصطناعية (الشكل 1). صور من المحاليل النانويه perovskite الغرويه تحت الضوء المحيط والاشعه فوق البنفسجية (الشكل 2) ، جنبا إلى جنب مع التلالؤ الضوئي والطيف الامتصاص (الشكل 3) تاكيد مزيد من الطبيعة الاستيعابية والاستيعاب لصفائح النانو. وتستخدم صور TEM (الشكل 4) وأنماط xrd (الشكل 5) لتقدير الابعاد الجانبية والفواصل التراص من الصفائح الدموية ، علي التوالي ، في حين تؤكد أيضا هيكل ثنائي الابعاد. الأطياف الامتصاص من المحاليل النانويه perovskite مع الهالات المختلطة إظهار tunability من الفجوة (الشكل 6). وتسلط حساسية الطيف الضوئي علي الهوية الكيميائية لل يغاندس العضوية السطحية الضوء علي المرونة التركيبية لهذه المواد (الشكل 7).

مابار FABr PbBr2 أبو الصقر OABr مي FAI الثاني- بأي مكتب
n = 1 PbBr 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0
n = 2 FAPbBr 0 1 2 5 5 0 0 0 0 0
n = 2 MAPbBr 1 0 2 5 5 0 0 0 0 0
ن = 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1
n = 2 FAPbI 0 0 0 0 0 0 1 2 5 5
n = 2 MAPbI 0 0 0 0 0 1 0 2 5 5

الجدول 1 صياغة المبادئ التوجيهية للحلول السلائف النانو الصفيحات perovskite.
تشير الأرقام في الجدول إلى المكافئات الحجمية لكل محلول من السلائف (الاعمده) التي ينبغي دمجها لتحقيق الصفيحات النانويه المستهدفة (الصفوف) ، وفقا لمواصفات التركيز في نص البروتوكول.

Figure 1
الشكل 1 Perovskite هيكل نانوصفائح النانو واجراء التوليف.
(ا) الصورةالتوضيحية لخليه وحده perovskite وبنيه الصفيحات النانويه. (ب) التوضيح التخطيطي لتخليق الصفيحات النانويه بيروفسكويت الغرويه. أعيد طبعها (مكيفه) باذن من الرقم المرجعي 48. حقوق التاليف والنشر 2019 جمعيه الكيميائية الامريكيه. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2 الغرويه perovskite المحاليل النانويه مضيئه بواسطة ضوء الاشعه فوق البنفسجية.
يمكن ان ينظر إلى الانبعاثات من الصفائح النانويه بوضوح علي طول مسار الشعاع. أعيد طبعها (مكيفه) باذن من الرقم المرجعي 48. حقوق التاليف والنشر 2019 جمعيه الكيميائية الامريكيه. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3 التلالؤ الضوئي والأطياف الامتصاص من المحاليل الغرويه perovskite الغروانيه.
ويمكن ضبط bandgap من الصفائح الدموية مع سمك وتكوين. وقد استخدم فلتر لونغباس (الطول الموجي المقطوع: 400 نانومتر) لتصفيه الاثاره الاشعه فوق البنفسجية قبل جمع الطيف الضوئي ويمكن ان يكون قد تغير قليلا n = 1 الرصاص بروميد النانويه الطيف الانبعاثات.

Figure 4
الشكل 4 نقل المجهر الكترون (TEM) صور من الصفائح النانويه perovskite.
تظهر الصور الصفائح النانويه المتراكبه عشوائيا. انظر أيضا الشكل S7. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5 الاشعه السينية الانكسار (XRD) أنماط و d-الفواصل من الصفائح النانويه perovskite.
ويهيمن علي أنماط XRD من القمم التراص النانو التي تؤكد الطبيعة ثنائيه الابعاد من الصفائح الدموية والتجمع الذاتي وجها لوجه في الأفلام القطرات. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 6
الشكل 6 أطياف الامتصاص من المحاليل النانويه بيروفسكويت الغرويه مع الهالويدات المختلطة.
التحول المستمر لأول ميزات امتصاص مثير يظهر الفجوة tunability مع تكوين هاليد. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 7
الشكل 7 أطياف الضوئية من n = 1 pbbr و n = 2 mapbbr الصفائح الدقيقة توليفها مع الأنواع المختلفة.
يمكن توسيع طريقه أعاده هطول الامطار بسهوله إلى الأخرى ligchemistries. انظر أيضا الجدول S2 للاطلاع علي المبادئ التوجيهية للصياغة. وقد استخدم فلتر لونغباس (الطول الموجي المقطوع: 400 نانومتر) لتصفيه الاثاره الاشعه فوق البنفسجية قبل جمع الطيف الضوئي ويمكن ان يكون قد تغير قليلا n = 1 الرصاص بروميد النانويه الطيف الانبعاثات. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

ملف تكميلي. معلومات داعمه. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

المنتج من هذا التوليف هو الغرويه الرصاص النانو هاليد التي توجها السطوح السطحية الطحينية الكيلامومونيوم (الشكل 1a). يوضح الشكل 1b الإجراءات التركيبية لصفائح النانو الغرويه perovskite عن طريق أعاده هطول الامطار بمساعده ligand. وباختصار ، تم حل أملاح السلائف التاسيسيه في المذيبات القطبية DMF بنسب محدده للسمك والتركيب المطلوبين ، ثم حقنها في تولوين ، وهي غير قطبيه. ونظرا للتغير المفاجئ في الذوبان ، بدات الصفائح النانويه البيروفسكي الغرويه في بلوره علي الفور. وعند اعداد حل السلائف المختلطة ، حددت النسب بين السلائف التاسيسيه بالدرجة الاولي سماكه الصفائح النانويه الناتجة (الشكل S3) ، وكان وجود الدهون الزائدة في محلول السلائف أمرا حاسما لضمان تجانس سماكه المنتج (الشكل S4). بشكل عام ، يمكن استخدام اي المذيبات القطبية لأذابه أملاح السلائف perovskite في حين يمكن استخدام اي المذيبات غير القطبية لتفريق الصفائح الدموية الغرويه. ومع ذلك ، القابلية للخطا من تلك المذيبات غير القطبية والقطبية أمر بالغ الاهميه لتوليف متجانسة من الصفائح النانو الغرويه perovskite ، التالي اخترنا DMF والتولوين. أيضا ، من المهم ان يكون المذيبات غير القطبية في فائض كبير إلى المذيبات القطبية المضافة لبلوره الصفيحات النانويه perovskite ان يحدث. أضافه الكثير من المذيبات القطبية يزيد من قطبيه خليط المذيبات الناتجة (اي DMF + تولوين) ، والتي يمكن حل الصفيحات النانويه. ويمكن أيضا توليف كلوريد والسيزيوم التي تدمج نانوباتيليتس بهذا النهج (الشكل S5) ، علي الرغم من ان الصفائح الدموية التي تحتوي علي كلوريد هي غير الانبعاثات والصفيحات النانويه القائمة علي السيزيوم تعاني من الاستقرار السفلي وسمك التجانس بالنسبة إلى الصفيحات النانويه المستندة إلى ميثيل الأمونيوم عند توليفها عن طريق هذا الأسلوب38. وأخيرا ، نلاحظ ان n = 1 و n = 2 أعضاء قد تم توليفها مع التجانس سماكه جيده بهذه الطريقة ؛ محاولات لجعل أكثر سمكا (ن ≥ 3) الصفائح الدموية تنتج عاده التشتت سماكه مختلطة (الشكل S6).

ويبين الشكل 2 الصور التي تم توليفها الغرويه perovskite الغروانيه حلول مضيئه بواسطة ضوء الاشعه فوق البنفسجية ، حيث يمكن ان ينظر بوضوح إلى انبعاث الصفيحات النانويه علي طول مسار شعاع. يظهر الشكل 3 الضوء الضوئي الطبيعي (PL) وأطياف الامتصاص من محاليل النانو الصفائح الغرويه perovskite ، والتي تتسق مع التقارير السابقة37،38،50،51 ، مما يدل علي tunability من الصفائح النانويه perovskite مع سمك والأنواع المكونة. لجميع الصفائح النانويه ، ميزات قويه مثير في أطياف الامتصاص وكبيره التحول الأزرق من الأطياف مقارنه مع perovskites السائبة35 ولوحظ بسبب الكم قويه-وعازله الحبس. تغيير الموجبة العضوية من ميثيل الأمونيوم إلى فورميميدينيوم لم يؤثر بشكل كبير علي الفجوة الفرقة – اما بروميد النانو أو يوديد الصفيحات – بالاتفاق مع فهم بنيه التكافؤ الكترونيه في الرصاص هاليد perovskites13 . يلخص الجدول S1 غله الكم الضوئية (PLQYs) من تلك المحاليل الغرويه perovskite النانو.

وأكد الهيكل ثنائي الابعاد لصفائح النانو perovskite من قبل TEM و XRD. في الشكل 4، تظهر صور TEM متداخلة جزئيا ثنائي الابعاد perovskite الصفائح الدموية ، مع الابعاد الجانبية الفردية التي تتراوح بين بضع مئات من نانومتر إلى ميكرومتر. التباين في الصورة والتكوين العشوائي لصفائح النانو علي شبكه TEM يوحي بأنها مشتته في الحل كاوراق فرديه-بدلا من بلورات لاميلار مكدسه. ظهرت النقاط الكروية الداكنة الصغيرة علي إشعاع شعاع الكترون كما لوحظ في الشكل 4، ويعتقد انها من الرصاص المعدني كما ذكر سابقا36،52. نظرا للابعاد الجانبية الكبيرة لصفائح النانو perovskite ، فانها تضع بشكل تفضيلي مسطحه علي راس بعضها البعض عندما يلقي في فيلم ، وسيطرت قمم التراص الدورية علي نمط XRD كما هو مبين في الشكل 5. النظر إلى ان ثابت شعريه للخلية وحده perovskite مكعب هو ~ 0.6 nm53، فانه يمكن ان يستنتج ان الطبقة العضوية هو 1 نانومتر سميكه في الأفلام النانويه مكدسه بغض النظر عن الأنواع النانويه38.

ويمكن ضبط صدي الامتصاص والانبعاثات بشكل مستمر من خلال تغيير تركيبه الهاليد. ويبين الشكل 6 أطياف الامتصاص الطبيعية من الغرويه n = 1 PbX و n = 2 mapbx حلول نانوصفائح النانو مع نسب متفاوتة من بروميد ويوديد. واضحة الذروات امتصاص مثير تشير إلى الحجز القوي للناقلات في الصفيحات النانويه ، والتحول المستمر من تلك القمم مع تكوين هاليد يوضح الفرقة الفجوة tunability من خلال الاختلاف تكوين هاليد (الشكل S8). ومع ذلك ، الأطياف الضوئية من الصفائح الدموية المختلطة هاليد يحمل ميزات واسعه أو متعددة (الشكل S9) ، والتي ربما بسبب العزل هاليد الضوئية. 54

والطريقة القابلة لأعاده هطول الامطار التي تساعد علي التبديل هي بوجه خاص قابله لتغيير هويه السلسلة الطويلة المتوجه ، كما هو مبين في الشكل 7. هذا يفتح امكانيه ضبط طبيعة الأنواع العضوية المرتبطة بالسطح للأداء الأمثل لجهاز معين أو تطبيق55. غير اننا نلاحظ ان النسب بين السلائف الفردية قد تتطلب تعديلا طفيفا عند استخدام أنواع جديده من السلالات للحصول علي أفضل تجانس في السماكة في النظام الناتج (الشكلان (ب-1 والجدول S2).

في الختام ، لقد أظهرنا طريقه بسيطه ومتعددة الاستعمالات لتوليف الصفائح الدموية التي تحتوي علي النانو الغرويه perovskite الرصاص من تكوين متفاوتة (الشكل S11). ومن المحتمل ان يكون النهج الذي يساعد علي أعاده هطول الامطار قابلا للتحليل العالي الانتاجيه وتحليلا إضافيا يستند إلى البيانات. ويمكن تحقيق سمك-، وتكوين-والاربطه-tunability دون اي تعديلات رئيسيه في البروتوكولات الاصطناعية. المضي قدما ، فانه سيكون من المرغوب فيه لزيادة الكفاءة فوتولومينيسسينسي إلى مستويات تتناسب مع الأخرى perovskite نانوكريستالس29،32،56.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

ولا يعلن أصحاب البلاغ عن اي مصالح مالية متنافسة.

Acknowledgments

وقد دعم هذا العمل وزاره الطاقة الامريكيه ، مكتب العلوم ، علوم الطاقة الاساسيه (BES) تحت رقم الجائزة SC0019345. وكان سونغ كيون ها مدعوما جزئيا بمنحه برنامج الدكتوراه في الخارج من مؤسسه كوانجيونج التعليمية. وقد استخدم هذا العمل المرافق التجريبية المشتركة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، بدعم من المؤسسة الوطنية للعلوم تحت رقم الجائزة DMR-08-19762. نشكر اريك باورز للمساعدة في التدقيق والتحرير.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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%

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kim, H. S., et al. Lead iodide perovskite sensitized all-solid-state submicron thin film mesoscopic solar cell with efficiency exceeding 9%. Scientific Reports. 2, 591 (2012).
  2. Zhou, H., et al. Interface engineering of highly efficient perovskite solar cells. Science. 345 (6196), 542-546 (2014).
  3. Yang, W. S., et al. Iodide management in formamidinium-lead-halide–based perovskite layers for efficient solar cells. Science. 356 (6345), 1376-1379 (2017).
  4. Saliba, M., et al. Cesium-containing triple cation perovskite solar cells: improved stability, reproducibility and high efficiency. Energy & Environmental Science. 9 (6), 1989-1997 (2016).
  5. Jeon, N. J., et al. Compositional engineering of perovskite materials for high-performance solar cells. Nature. 517 (7535), 476-480 (2015).
  6. Stranks, S. D., Snaith, H. J. Metal-halide perovskites for photovoltaic and light-emitting devices. Nature Nanotechnology. 10 (5), 391-402 (2015).
  7. Ma, L., et al. Carrier diffusion lengths of over 500 nm in lead-free perovskite CH3NH3SnI3 films. Journal of the American Chemical Society. 138 (44), 14750-14755 (2016).
  8. Dong, Q., et al. Electron-hole diffusion lengths> 175 μm in solution grown CH3NH3PbI3 single crystals. Science. 347 (6225), 967-970 (2015).
  9. Stranks, S. D., et al. Electron-Hole Diffusion Lengths Exceeding 1 Micrometer in an Organometal Trihalide Perovskite Absorber. Science. 342 (6156), 341-344 (2013).
  10. Shi, D., et al. Low trap-state density and long carrier diffusion in organolead trihalide perovskite single crystals. Science. 347 (6221), 519-522 (2015).
  11. McMeekin, D. P., et al. A mixed-cation lead mixed-halide perovskite absorber for tandem solar cells. Science. 351 (6269), 151-155 (2016).
  12. Saidaminov, M. I., et al. High-quality bulk hybrid perovskite single crystals within minutes by inverse temperature crystallization. Nature Communications. 6, 7586 (2015).
  13. Kovalenko, M. V., Protesescu, L., Bodnarchuk, M. I. Properties and potential optoelectronic applications of lead halide perovskite nanocrystals. Science. 358 (6364), 745-750 (2017).
  14. Akkerman, Q. A., Rainò, G., Kovalenko, M. V., Manna, L. Genesis, challenges and opportunities for colloidal lead halide perovskite nanocrystals. Nature Materials. 17, 394-405 (2018).
  15. Gangishetty, M. K., Hou, S., Quan, Q., Congreve, D. N. Reducing Architecture Limitations for Efficient Blue Perovskite Light-Emitting Diodes. Advanced Materials. 30 (20), 1706226 (2018).
  16. Congreve, D. N., et al. Tunable Light-Emitting Diodes Utilizing Quantum-Confined Layered Perovskite Emitters. ACS Photonics. 4 (3), 476-481 (2017).
  17. Kumar, S., et al. Ultrapure Green Light-Emitting Diodes Using Two-Dimensional Formamidinium Perovskites: Achieving Recommendation 2020 Color Coordinates. Nano Letters. 17 (9), 5277-5284 (2017).
  18. Kumar, S., et al. Efficient blue electroluminescence using quantum-confined two-dimensional perovskites. ACS Nano. 10 (10), 9720-9729 (2016).
  19. Pan, J., et al. Bidentate Ligand-Passivated CsPbI3 Perovskite Nanocrystals for Stable Near-Unity Photoluminescence Quantum Yield and Efficient Red Light-Emitting Diodes. Journal of the American Chemical Society. 140 (2), 562-565 (2018).
  20. Kim, Y. H., et al. Multicolored organic/inorganic hybrid perovskite light-emitting diodes. Advanced Materials. 27 (7), 1248-1254 (2015).
  21. Pan, J., et al. Highly Efficient Perovskite-Quantum-Dot Light-Emitting Diodes by Surface Engineering. Advanced Materials. 28 (39), 8718-8725 (2016).
  22. Tsai, H., et al. Stable Light-Emitting Diodes Using Phase-Pure Ruddlesden–Popper Layered Perovskites. Advanced Materials. 30 (6), 1704217 (2018).
  23. Sutherland, B. R., Hoogland, S., Adachi, M. M., Wong, C. T., Sargent, E. H. Conformal organohalide perovskites enable lasing on spherical resonators. ACS Nano. 8 (10), 10947-10952 (2014).
  24. Deschler, F., et al. High photoluminescence efficiency and optically pumped lasing in solution-processed mixed halide perovskite semiconductors. The Journal of Physical Chemistry Letters. 5 (8), 1421-1426 (2014).
  25. Zhu, H., et al. Lead halide perovskite nanowire lasers with low lasing thresholds and high quality factors. Nature Materials. 14 (6), 636-642 (2015).
  26. Fang, Y., Huang, J. Resolving weak light of sub-picowatt per square centimeter by hybrid perovskite photodetectors enabled by noise reduction. Advanced Materials. 27 (17), 2804-2810 (2015).
  27. Shen, L., et al. A Self-Powered, Sub-nanosecond-Response Solution-Processed Hybrid Perovskite Photodetector for Time-Resolved Photoluminescence-Lifetime Detection. Advanced Materials. 28 (48), 10794-10800 (2016).
  28. Dou, L., et al. Solution-processed hybrid perovskite photodetectors with high detectivity. Nature Communications. 5, 5404 (2014).
  29. Protesescu, L., et al. Nanocrystals of Cesium Lead Halide Perovskites (CsPbX(3), X = Cl, Br, and I): Novel Optoelectronic Materials Showing Bright Emission with Wide Color Gamut. Nano Letters. 15 (6), 3692-3696 (2015).
  30. Schmidt, L. C., et al. Nontemplate synthesis of CH3NH3PbBr3 perovskite nanoparticles. Journal of the American Chemical Society. 136 (3), 850-853 (2014).
  31. Imran, M., et al. Shape-Pure, Nearly Monodispersed CsPbBr3 Nanocubes Prepared Using Secondary Aliphatic Amines. Nano Letters. 18 (12), 7822-7831 (2018).
  32. Dong, Y., et al. Precise Control of Quantum Confinement in Cesium Lead Halide Perovskite Quantum Dots via Thermodynamic Equilibrium. Nano Letters. 18 (6), 3716-3722 (2018).
  33. Sun, S., Yuan, D., Xu, Y., Wang, A., Deng, Z. Ligand-mediated synthesis of shape-controlled cesium lead halide perovskite nanocrystals via reprecipitation process at room temperature. ACS Nano. 10 (3), 3648-3657 (2016).
  34. Zhang, D., Eaton, S. W., Yu, Y., Dou, L., Yang, P. Solution-phase synthesis of cesium lead halide perovskite nanowires. Journal of the American Chemical Society. 137 (29), 9230-9233 (2015).
  35. Weidman, M. C., Goodman, A. J., Tisdale, W. A. Colloidal halide perovskite nanoplatelets: An exciting new class of semiconductor nanomaterials. Chemistry of Materials. 29 (12), 5019-5030 (2017).
  36. Sichert, J. A., et al. Quantum Size Effect in Organometal Halide Perovskite Nanoplatelets. Nano Letters. 15 (10), 6521-6527 (2015).
  37. Bohn, B. J., et al. Boosting Tunable Blue Luminescence of Halide Perovskite Nanoplatelets through Postsynthetic Surface Trap Repair. Nano Letters. 18 (8), 5231-5238 (2018).
  38. Weidman, M. C., Seitz, M., Stranks, S. D., Tisdale, W. A. Highly Tunable Colloidal Perovskite Nanoplatelets Through Variable Cation, Metal, and Halide Composition. ACS Nano. 10 (8), 7830-7839 (2016).
  39. Bekenstein, Y., Koscher, B. A., Eaton, S. W., Yang, P., Alivisatos, A. P. Highly Luminescent Colloidal Nanoplates of Perovskite Cesium Lead Halide and Their Oriented Assemblies. Journal of the American Chemical Society. 137 (51), 16008-16011 (2015).
  40. Shamsi, J., et al. Colloidal synthesis of quantum confined single crystal CsPbBr3 nanosheets with lateral size control up to the micrometer range. Journal of the American Chemical Society. 138 (23), 7240-7243 (2016).
  41. Vybornyi, O., Yakunin, S., Kovalenko, M. V. Polar-solvent-free colloidal synthesis of highly luminescent alkylammonium lead halide perovskite nanocrystals. Nanoscale. 8 (12), 6278-6283 (2016).
  42. Huang, H., et al. Colloidal lead halide perovskite nanocrystals: synthesis, optical properties and applications. NPG Asia Materials. 8 (11), e328 (2016).
  43. Tyagi, P., Arveson, S. M., Tisdale, W. A. Colloidal Organohalide Perovskite Nanoplatelets Exhibiting Quantum Confinement. J Phys Chem Lett. 6 (10), 1911-1916 (2015).
  44. Saidaminov, M. I., Mohammed, O. F., Bakr, O. M. Low-Dimensional-Networked Metal Halide Perovskites: The Next Big Thing. ACS Energy Letters. 2 (4), 889-896 (2017).
  45. Zheng, K., et al. Exciton binding energy and the nature of emissive states in organometal halide perovskites. The Journal of Physical Chemistry Letters. 6 (15), 2969-2975 (2015).
  46. Jurow, M. J., et al. Manipulating the Transition Dipole Moment of CsPbBr3 Perovskite Nanocrystals for Superior Optical Properties. Nano Letters. , (2019).
  47. Gao, Y., Weidman, M. C., Tisdale, W. A. CdSe Nanoplatelet Films with Controlled Orientation of their Transition Dipole Moment. Nano Letters. 17 (6), 3837-3843 (2017).
  48. Schuller, J. A., et al. Orientation of luminescent excitons in layered nanomaterials. Nature Nanotechnology. 8 (4), 271-276 (2013).
  49. Ha, S. K., Mauck, C. M., Tisdale, W. A. Towards Stable Deep-Blue Luminescent Colloidal Lead Halide Perovskite Nanoplatelets: Systematic Photostability Investigation. Chemistry of Materials. 31 (7), 2486-2496 (2019).
  50. Paritmongkol, W., Dahod, N., Mao, N., Zheng, S. L., Tisdale, W. Synthetic Variation and Structural Trends in Layered Two-Dimensional Alkylammonium Lead Halide Perovskites. ChemRxiv. , (2019).
  51. Stoumpos, C. C., et al. Ruddlesden–Popper hybrid lead iodide perovskite 2D homologous semiconductors. Chemistry of Materials. 28 (8), 2852-2867 (2016).
  52. Akkerman, Q. A., et al. Solution Synthesis Approach to Colloidal Cesium Lead Halide Perovskite Nanoplatelets with Monolayer-Level Thickness Control. Journal of the American Chemical Society. 138 (3), 1010-1016 (2016).
  53. Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells. Journal of the American Chemical Society. 131 (17), 6050-6051 (2009).
  54. Bischak, C. G., et al. Origin of reversible photoinduced phase separation in hybrid perovskites. Nano Letters. 17 (2), 1028-1033 (2017).
  55. Mauck, C. M., Tisdale, W. A. Excitons in 2D Organic–Inorganic Halide Perovskites. Trends in Chemistry. , (2019).
  56. Gong, X., et al. Electron-phonon interaction in efficient perovskite blue emitters. Nat. Mater. 17 (6), 550-556 (2018).

Tags

الكيمياء ، العدد 152 ، الغروانيه ، الرصاص الهاليد ، perovskite ، النانو الصفائح الدموية ، نانوشيت ، بلوره نانويه ، Ruddlesden-بوبر ، 2D ، الولادة الكم ، أعاده هطول الامطار
التوليف facile من الرصاص الغرويه Halide Perovskite النانو الصفائح الدموية عن طريق Ligand بمساعده أعاده هطول الامطار
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Ha, S. K., Tisdale, W. A. Facile… More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter