Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Facile syntes av kolloidalt bly Halid Perovskite Nanotrombocyter via ligand-Assisted Renederbörd

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

Summary

Detta arbete visar facile rumstemperatur syntes av kolloidal Quantum-slutna bly Halid perovskit nanotrombocyter med ligand-Assisted renederbörd metod. Syntetiserade nanotrombocyter visar spektralt smala optiska egenskaper och kontinuerlig spektral inställnings i hela det synliga området genom att variera sammansättningen och tjocklekar.

Abstract

I detta arbete, vi visar en facile metod för kolloidalt bly Halid perovskit nanotrombocyt syntes (kemisk formel: L2[ABX3]n-1BX4, l: butylammonium och octylammonium, a: methylammonium eller formamidinium, B: bly, X: bromid och iodide, n: antal [BX6]4- oktaedriska skikt i riktning mot nanotrombocyter tjocklek) via ligand-Assisted renederbörd. Individuella perovskit prekursorer lösningar bereds genom att lösa varje nanotrombocyter beståndsdel salt i n, n-dimetylformamid (DMF), som är en Polar organiskt lösningsmedel, och sedan blanda i specifika förhållanden för riktade nanotrombocyter tjocklek och sammansättning. När den blandade prekursorer-lösningen tappas i nonpolar toluen inducerar den plötsliga förändringen i lösligheten den momentana kristalliseringen av nanotrombocyter med ytbundna alkylammoniumhalidligander som ger kolloidalt stabilitet. Photoluminescence och absorption Spectra avslöjar emissiva och starkt Quantum-slutna funktioner. Röntgendiffraktion och transmissionselektronmikroskopi bekräfta den tvådimensionella strukturen av nanotrombocyter. Dessutom visar vi att bandet gap perovskit nanotrombocyter kan kontinuerligt trimmas i det synliga området genom att variera stökiometrin av metallhalogenlampor ion (s). Slutligen visar vi flexibiliteten i ligandassisterad renederbördsmetod genom att introducera flera arter som yttak-ligander. Denna metod är en enkel procedur för att förbereda dispersioner av emissiva 2D kolloidal halvledare.

Introduction

Under det senaste decenniet, tillverkning av bly Halid perovskiter solceller1,2,3,4,5,6 har effektivt belyst de utmärkta egenskaperna hos denna halvledarmaterial, inklusive långa diffusions längder7,8,9,10, kompositions inställnings4,5,11 och lågkostnads syntes12. I synnerhet den unika karaktären av defekt tolerans13,14 gör bly metallhalogenlampor perovskiter fundamentalt skiljer sig från andra halvledare och därmed mycket lovande för nästa generations optoelektroniska applikationer.

Förutom solceller, bly halogenider perovskiter har visat sig göra utmärkta optoelektroniska enheter såsom lysdioder6,15,16,17,18, 19,20,21,22, lasrar23,24,25och photodetektorerna26,27, 28. Särskilt, när de bereds i form av kolloidalt nanokristaller18,29,30,31,32,33,34, 35,36,37,38,39,40,41,42,43, lead metallhalogenlampor perovskiter kan uppvisa stark Quantum-och dielektrisk-instängdhet, stora Exciton bindande energi44,45, och ljusa luminiscens17,19 tillsammans med facile lösning processbarhet. Olika rapporterade geometrier inklusive kvantprickar29,30,31,32, nanorör33,34 och nanotrombocyter18, 35,36,37,38,39,40,41,43 ytterligare demonstrera form inställnings av bly Halid perovskit nanocrystals.

Bland de nanocrystals, kolloidal tvådimensionell (2D) bly Halid perovskites, eller "Perovskite nanotrombocyter", är särskilt lovande för ljus avger applikationer på grund av stark förlossning av laddningsbärare, stora Exciton bindande energi når upp till hundratals meV44, och spektralt smala utsläpp från tjocklek-rena ensembler av nanotrombocyter39. Dessutom, anisotropisk emission rapporteras för 2D perovskit nanokristaller46 och andra 2D halvledare47,48 belyser potentialen för att maximera utkoppling effektivitet från perovskit nanotrombocytbaserade ljusavgivande anordningar.

Här visar vi ett protokoll för enkel, universell, rumstemperatur syntes av kolloidal bly Halid perovskit nanotrombocyter via en ligand-Assisted renederbörd teknik36,38,49. Perovskite-nanotrombocyter som innehåller jodid och/eller bromid, metylammonium eller formamidinium organiska katjoner, och variabla organiska ytligander demonstreras. Förfaranden för att kontrollera absorption och utsläpp energi och tjocklek renhet av kolloidalt dispersion diskuteras.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Anmärkning: enklare beteckningar för 'n = 1 BX ' och 'n = 2 ABX ' kommer att användas härifrån i stället för den komplexa kemiska formeln för l2BX4 och l2[ABX3] BX4, respektive. För bättre stabilitet och optiska egenskaper hos resulterande perovskit nanotrombocyter, det rekommenderas att slutföra hela förfarandet under inert villkor49 (dvs, en kväve glovebox).

1. beredning av perovskit nanotrombocyt prekursorer lösning

  1. Bered ~ 1 ml av 0,2 M lösningar av metylammoniumbromid (mabr), formamidiniumbromid (fabr), blybromid (pbbr2), butylammoniumbromid (babr), oktylammoniumbromid (oabr), metylammoniumjodid (MAI), formamidinium jodid (FAI), bly jodid (PBI2), butylammonium jodid (Bai) och octylammonium jodid (OAI) i n, n-dimetylformamid (DMF) antingen genom att lösa upp varje salt i DMF eller genom att späda kommersiellt tillgängliga lösningar.
    1. PbBr2 är inte lättlösligt i DMF vid rumstemperatur, håll lösningen vid 80 ° c i 10 min eller längre för fullständig upplösning. När lösningen har lösts upp ska den svalna till rumstemperatur före användning.
      Anmärkning: koncentration av enskilda prekursorer lösningar kan ökas för att syntetisera fler nanotrombocyter, men den maximala koncentrationen är vanligtvis begränsad av lösligheter av PbBr2 och PBI2 i DMF.
  2. Blanda dessa enskilda föregångare lösningar i specifika volymetriska nyckeltal för varje mål tjock lek och sammansättning.
    1. För att syntetisera enbart bromid eller jodid-bara nanotrombocyter, se tabell 1, som sammanfattar volymetriska nyckeltal för n = 1 och n = 2 bromid och jodid-nanotrombocyter.
    2. Att syntetisera nanotrombocyter med blandade Halid kompositioner, kombinera bromid-Only och jodid-endast perovskit nanotrombocyt prekursorer lösningar med samma tjocklek på önskad volymetriska förhållandet för mål sammansättningen. Till exempel, för att göra 30%-bromid-70%-iodide n = 2 perovskit nanotrombocyter, blanda föregångare lösningar av n = 2 mapbbr och n = 2 mapbi vid en 3:7 volymetrisk ratio.
      Obs: ändra den organiska cation påverkar inte signifikant den optiska övergången energier13. Absorption och luminiscens är främst inställda genom att ändra metallhalogenlampor sammansättning eller nanotrombocyter tjocklek.

2. syntes av perovskit-nanotrombocyter via ligand-assisterad renederbördsmetod

  1. Injicera 10 μL blandad prekursorlösning i 10 mL toluen under kraftig omrörning. Nanotrombocyter kommer omedelbart att kristallisera på grund av den plötsliga förändringen i lösligheten.
    Anmärkning: mängden blandad prekursorer som injiceras i toluen kan ökas upp till ~ 100 μl. total mängd injicerad prekursorer lösning och injektion hastighet verkar inte signifikant påverka perovskit nanotrombocytmorfologi (figur S1). Emellertid, injektion av för mycket DMF ökar polaritet av lösningen och minskar kristallisation.
  2. Lämna lösningen under omrörning i 10 min tills ingen ytterligare färgförändring observeras från lösningen för att säkerställa fullständig kristallisering av perovskit nanotrombocyter.
    Obs: nyligen syntetiserade perovskit nanotrombocyter från nyberedda prekursorer lösningar visar vanligtvis den bästa fotoluminescens Quantum Yield och photostability49. Och över tid, nanotrombocyter kommer långsamt aggregera (figur S2), försämrade kolloidalt stabilitet. Sålunda, det rekommenderas att använda nanotrombocytlösningar så snart som möjligt en gång syntetiseras.

3. karakterisering provberedning och rening av kolloidal perovskit nanotrombocytlösning.

  1. Provberedning av transmissionselektronmikroskopi (TEM).
    1. Centrifugera lösningen vid 2050 x g i 10 minuter.
    2. Kassera supernatanten.
    3. För att redisperse nanotrombocyter i 1 mL toluen.
    4. Släpp 1 droppe på ett TEM-rutnät.
    5. Torka provet under vakuum.
  2. Provberedning av röntgendiffraktion (XRD)
    1. Centrifugera lösningen vid 2050 x g i 10 minuter.
    2. Kassera supernatanten.
    3. För att redisperse nanotrombocyter i 30 μL toluen.
    4. Dropcast på en glas rutschbana.
    5. Torka provet under vakuum.
  3. Allmän rening
    1. Centrifugera lösningen vid 2050 x g i 10 minuter.
    2. Kassera supernatanten.
    3. Redisperse nanotrombocyter i önskad mängd lösningsmedel beroende på användning.
      Anmärkning: beroende på användningen av nanotrombocyter kan volymen av det redisperserande lösningsmedlet fritt justeras och andra icke-polära organiska lösningsmedel såsom hexan, oktan eller klorbensen kan användas i stället för toluen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Schematisk illustration av perovskit nanotrombocyter och syntes förfarande ger en överblick av materialet och syntetiska detaljer (figur 1). Bilder av kolloidal perovskit nanotrombocytlösningar under omgivande ljus och UV (figur 2), kombinerat med fotoluminescens och Absorptionsspektra (figur 3) ytterligare bekräfta den emissiva och absorptive karaktären av nanotrombocyter. TEM-bilder (figur 4) och XRD-mönster (figur 5) används för att uppskatta de laterala dimensionerna och Staplings mellanrummen hos nanotrombocyter, samtidigt som de också bekräftar den tvådimensionella strukturen. Absorptionsspektra av perovskit nanotrombocytlösningar med blandade halogenider visar på inställnings av bandgap (figur 6). Okänslighet för fotoluminescens spektrum till den kemiska identiteten hos organiska yttak-ligander belyser kompositionflexibiliteten hos dessa material (figur 7).

MABr FABr PbBr2 BABr OABr Mai Fai PbI2 Bai Oai
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
n = 1 PbI 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

Tabell 1. Formulering riktlinjer för perovskit nanotrombocytprekursorer lösningar.
Siffrorna i tabellen anger de volumetriska motsvarigheterna för varje prekursorer (kolumner) som ska kombineras för att uppnå det riktade nanotrombocytvärdet (raderna), enligt koncentrationsspecifikationerna i protokollstexten.

Figure 1
Figur 1. Perovskite nanotrombocytstruktur och syntes förfarande.
(a) illustration av perovskit enhet cell och nanotrombocytstruktur. (b) Schematisk illustration av kolloidalt perovskit-nanotrombocyt syntes. Omtryckt (anpassad) med tillstånd från Ref. 48. Copyright 2019 amerikanska kemiska sällskapet. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2. Kolloidal perovskit nanotrombocytlösningar upplyst av UV-ljus.
Utsläpp från nanotrombocyter kan tydligt ses längs strål vägen. Omtryckt (anpassad) med tillstånd från Ref. 48. Copyright 2019 amerikanska kemiska sällskapet. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3. Photoluminescence och Absorptionsspektra av kolloidal perovskit nanotrombocytlösningar.
Bandgap av nanotrombocyter kan stämmas med tjocklek och komposition. Longpass filter (cut-on våglängd: 400 nm) användes för att filtrera ut excitation UV-ljus innan fotoluminescens spektrum insamling och det kunde ha något förändrad n = 1 bly bromid nanotrombocyter emissions spektrum.

Figure 4
Figur 4. Transmissionselektronmikroskopi (TEM) bilder av perovskit nanotrombocyter.
Bilder visar slumpmässigt överlappande nanotrombocyter. Se även figur S7. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5. X-ray diffraktion (XRD) mönster och d-distaneringar av perovskit nanotrombocyter.
XRD mönster domineras av nanotrombocyter stapling toppar som bekräftar den tvådimensionella karaktären av nanotrombocyter och deras ansikte mot ansikte självmontering i dropcasted filmer. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6. Absorptionsspektra av kolloidal perovskit nanotrombocytlösningar med blandade halogenider.
Kontinuerlig förskjutning av första Excitonic absorption funktioner visar bandgap inställnings med metallhalogenlampor komposition. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 7
Figur 7. Photoluminescence Spectra av n = 1 pbbr och n = 2 mapbbr nanotrombocyter syntetiseras med olika ligand arter.
Den renederbörd metoden kan lätt utvidgas till andra ligand kemiska sammansättningar. Se även tabell S2 för formulerings riktlinjer. Longpass filter (cut-on våglängd: 400 nm) användes för att filtrera ut excitation UV-ljus innan fotoluminescens spektrum insamling och det kunde ha något förändrad n = 1 bly bromid nanotrombocyter emissions spektrum. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Tilläggsfil. Stödjande information. Vänligen klicka här för att ladda ner denna fil.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Produkten av denna syntes är kolloidalt bly Halid nanotrombocyter utjämnade av alkylammonium metallhalogenlampor yta ligander (figur 1a). Figur 1b visar det syntetiska ingreppet av kolloidalt perovskit-nanotrombocyter via ligand-assisterad renederbörd. Sammanfattnings, upplöstes konstituerande prekursor salter i en Polar lösningsmedel DMF i specifika förhållanden för önskad tjocklek och sammansättning, och sedan injiceras i toluen, som är nonpolar. På grund av den plötsliga förändringen i löslighet, kolloidal perovskit nanotrombocyter började kristallisera omedelbart. Vid utarbetandet av den blandade prekursorlösningen fastställdes förhållandet mellan konstituerande prekursorer i första hand tjockleken på resulterande nanotrombocyter (figur S3), och närvaron av överskott av ligander i prekursorer var avgörande för att säkerställa produktens tjocklek och homogenitet (figur S4). I allmänhet kan alla polära lösningsmedel användas för att lösa perovskit prekursor salter medan alla nonpolar lösningsmedel kan användas för att skingra kolloidal nanotrombocyter. Emellertid, blandbarhet av dessa nonpolar och Polar lösningsmedel är avgörande för homogen syntes av kolloidal perovskit nanotrombocyter, och därmed valde vi DMF och toluen. Också, det är viktigt att ha nonpolar lösningsmedel i stort överskott till den tillsatta polära lösningsmedlet för kristallisation av perovskit nanotrombocyter att inträffa. Om du lägger till för mycket polära lösningsmedel ökar polariteten för den resulterande lösningsmedels blandningen (dvs. DMF + toluen), som kan lösa upp nanotrombocyter. Klorid-och cesium-införliva nanopatelets kan också syntetiseras av denna metod (figur S5), även om de klorid-innehållande nanotrombocyter är nonemissiv och cesium-baserade nanotrombocyter lider av sämre stabilitet och tjocklek homogenitet i förhållande till de metylammoniumbaserade nanotrombocyterna när de syntetiseras via denna metod38. Slutligen noterar vi att endast n = 1 och n = 2 medlemmar har syntetiserats med god tjocklek homogenitet med denna metod; försök att göra tjockare (n ≥ 3) nanotrombocyter vanligtvis ger blandade tjocklek dispersioner (figur S6).

Figur 2 visar bilder av as-syntetiserade kolloidal perovskit nanotrombocytlösningar upplyst av UV-ljus, där utsläppen av nanotrombocyter tydligt kan ses längs strålen vägen. Figur 3 visar den normaliserade fotoluminescens (pl) och absorptionsspektrat av kolloidalt perovskit-nanotrombocytlösningar, som överensstämmer med tidigare rapporter37,38,50,51 , vilket visar hur inställnings av perovskit nanotrombocyter med tjocklek och ingående arter. För alla nanotrombocyter, starka excitoniska funktioner i Absorptionsspektra och betydande blå-förskjutning av spektra jämfört med bulk perovskiter35 observerades på grund av stark Quantum-och dielektrisk-instängdhet. Ändring av den organiska katjon från metylammonium till formamidinium påverkade inte signifikant bandgap – antingen för bromid eller iodidnanotrombocyter – i samförstånd med förståelsen av Valens elektroniska struktur i bly Halid perovskiter13 . Tabell S1 sammanfattar fotoluminescens Quantum avkastningen (plqys) av de kolloidalt perovskit nanotrombocytlösningar.

Den tvådimensionella strukturen hos perovskitenanotrombocyter bekräftades av TEM och XRD. I figur 4, tem bilder visar delvis överlappande tvådimensionella perovskit nanotrombocyter, med individuella laterala dimensioner som sträcker sig från några hundra nanometer till en mikrometer. Bildkontrasten och slumpmässig konfiguration av nanotrombocyter på TEM rutnät tyder på att de är spridda i lösning som enskilda ark-snarare än staplade lamellära kristaller. Små, mörka sfäriska prickar dök upp på elektronstråle bestrålning som observerats i figur 4, och de tros vara metalliska PB som tidigare rapporterat36,52. På grund av de stora laterala dimensionerna av perovskit nanotrombocyter, de företrädesvis låg platt ovanpå varandra när de kastas i en film, och periodiska stapling toppar dominerade XRD mönstret som visas i figur 5. Med tanke på att gitter konstant för Cubic perovskit enheten cellen är ~ 0,6 Nm53, kan det härledas att den organiska ligand skiktet är 1 Nm tjock i staplade nanotrombocyter filmer oavsett nanotrombocyter arter38.

Absorption och emission resonans kan kontinuerligt justeras genom att variera metallhalogenlampor sammansättning. Figur 6 visar den normaliserade absorptionsspektrat av kolloidal n = 1 PbX och n = 2 mapbx nanotrombocytlösningar med varierande förhållanden av bromid och jodid. Tydliga excitoniska absorptionstoppar indikerar stark inneslutning av bärare i nanotrombocyter, och kontinuerlig förskjutning av dessa toppar med halolikhet komposition visar band gap inställnings genom metallhalogenlampor sammansättning variation (figur S8). Emellertid uppvisar fotoluminescence-spektra av nanotrombocyter med blandad halolikhet en bred eller multipel egenskaper (figur S9), vilket möjligen beror på en photoinducerad segregering. 54

Den ligand-assisterad renederbörd metoden är särskilt mottagliga för att ändra identiteten på långkedjiga tak ligand, som visas i figur 7. Detta öppnar möjligheten att trimma arten av de ytbundna organiska arterna för optimerad prestanda för en viss enhet eller applikation55. Vi noterar dock att kvoterna mellan enskilda prekursorer kan kräva smärre justeringar vid anställning av nya ligand-arter för bästa tjocklek homogenitet av det resulterande systemet (figur S10 och tabell S2).

Sammanfattningsvis har vi visat en enkel, mångsidig metod för att syntetisera kolloidal bly Halid perovskit nanotrombocyter av varierande sammansättning (figur S11). Den ligand-assisterad renederbörd tillvägagångssätt är potentiellt mottagliga för hög genomflöde syntes och ytterligare datadriven analys. Tjocklek-, sammansättning-och ligand-tunability kan uppnås utan några större ändringar i de syntetiska protokollen. Gå framåt, skulle det vara önskvärt att ytterligare öka fotoluminescens effektivitet till nivåer som motsvarar andra perovskit nanokristaller29,32,56.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna förklarar inga konkurrerande ekonomiska intressen.

Acknowledgments

Detta arbete stöddes av det amerikanska energidepartementet, Office of Science, grundläggande Energivetenskaper (BES) under tilldelnings nummer DE-SC0019345. Seung Kyun ha stöddes delvis av Kwanjeong Education Foundation Overseas doktors program stipendium. Detta arbete har gjort användningen av MRSEC gemensamma experimentella anläggningar på MIT, med stöd av National Science Foundation under tilldelning nummer DMR-08-19762. Vi tackar Eric Powers för hjälp med korrektur och redigering.

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

Kemi utfärda 152 colloid bly-Halide Perovskite nanotrombocyter nanosheet nanocrystal Ruddlesden-Popper 2D quantuminstängdhet renederbörd
Facile syntes av kolloidalt bly Halid Perovskite Nanotrombocyter via ligand-Assisted Renederbörd
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