一种高效近红外发光的零维锡基钙钛矿材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于发光材料，具体涉及一种高效近红外发光的零维锡基钙钛矿材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、发射在近红外区域的材料是研究和工业的前沿，主要是由于它们在国家安全、无损生物成像、长波通信和用于医疗保健的光热转换中的广泛应用。作为发光材料家族中的重要一员，金属卤化物钙钛矿材料已经被证明可以在紫外、可见光及近红外光区域发光。当前，近红外发光金属卤化物钙钛矿材料由于其低温可溶液加工合成、丰富的晶体学/电子结构和独特的光电特性，在各种光电应用中引起了极大的关注。然而，它们在发光设计、性能改进和应用方面仍存在一些挑战，例如光致发光量子产率低和热稳定性差，从而阻碍了它们的实际应用。

2、近年来，铅基卤化物钙钛矿材料受到国内外研究者的广泛关注，但由于铅的毒性问题极大的阻碍了其实际商业应用，因此探索与铅卤钙钛矿光电性质相当，但毒性较低的金属卤化物钙钛矿材料是势在必行的趋势。在众多无铅替代物中，同族的具有相似壳层电子结构的锡是一种理想的替代元素。锡基钙钛矿具有和铅钙钛矿相媲美的半导体性质，包括高吸光系数、高载流子迁移率和理想的带隙，是环境友好型钙钛矿太阳能电池的理想材料，从而作为非铅卤化物钙钛矿材料得到了广泛的研究。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

2、一种零维锡基钙钛矿材料，其化学式为(c8nh18)2snx4，其中，x选自clxbr1-x或br，x选自0-1且不为0。

3、根据本发明的实施方案，化学式中，x例如为0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9。

4、根据本发明的实施方案，所述零维锡基钙钛矿材料具有良好的结晶性，其属于单斜晶系。

5、根据本发明的实施方案，所述零维锡基钙钛矿材料的发光强度高。

6、根据本发明的实施方案，所述零维锡基钙钛矿材料的形貌均一，平均尺寸约为1-1000μm，例如为10μm、1000μm。

7、根据本发明的实施方案，所述零维钙钛矿单晶材料呈现单指数衰减，荧光寿命为1-10μs，例如为3μs、5μs。

8、根据本发明的实施方案，所述零维锡基钙钛矿材料的化学式为(c8nh18)2sn(clxbr1-x)4，x＝0.5，平均尺寸为10μm；在350nm紫外光激发下，(c8nh18)2sn(clxbr1-x)4零维钙钛矿单晶材料呈现近红外光(830nm)发射。

9、根据本发明的实施方案，(c8nh18)2sn(clxbr1-x)4零维钙钛矿单晶材料的荧光寿命为4.6μs。

10、根据本发明的实施方案，所述零维锡基钙钛矿材料的化学式为(c8nh18)2snbr4，平均尺寸为1000μm；在360nm紫外光激发下，(c8nh18)2snbr4零维钙钛矿单晶材料呈现近红外光(840nm)发射。

11、根据本发明的实施方案，(c8nh18)2snbr4零维钙钛矿单晶材料的荧光寿命为3.6μs。

12、本发明还提供上述零维锡基钙钛矿材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

13、1)将卤化锡、溴化-n-丙基甲基吡咯烷、有机溶剂混合，得到混合溶液反应液；

14、2)将反应溶剂加入反应液中，静置反应后得到所述零维钙钛矿单晶材料。

15、根据本发明的实施方案，所述卤化锡和溴化-n-丙基甲基吡咯烷的摩尔比为(0-4):(0-8)且摩尔比不为0，优选为(0.5-3):(2-5)，示例性为1:2、2:4。

16、根据本发明的实施方案，步骤1)中，所述卤化锡和有机溶剂的摩尔体积比为0.1-2mol:1-10ml，例如为1mol:5ml。

17、根据本发明的实施方案，所述有机溶剂选自二甲基亚砜、n，n-二甲基甲酰胺、γ-丁内酯、n，n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的一种、两种或更多种，优选为n，n-二甲基甲酰胺。

18、根据本发明的实施方案，所述反应溶剂选自丙酮、氯仿、乙腈、甲苯中的一种、两种或更多种，优选为丙酮。

19、根据本发明的实施方案，所述有机溶剂和反应溶剂的体积比为(1-10)：(1-10)，优选为(2-10)：(2-10)，示例性为5:5。

20、根据本发明的实施方案，所述步骤1)中，所述混合是在惰性气氛和搅拌条件下进行。

21、根据本发明的实施方案，所述惰性气氛例如为氮气气氛。

22、根据本发明的实施方案，所述搅拌可选用本领域已知的搅拌条件，本发明不做具体限定，只要能得到所述混合溶液即可。

23、根据本发明的实施方案，所述步骤1)中，所述混合在温度为50-150℃的条件下进行，优选为50-100℃，示例性为50℃、70℃、90℃。

24、根据本发明的实施方案，所述步骤1)中，所述混合的时间不做具体限定，只要能得到混合溶液即可。

25、根据本发明的实施方案，所述步骤1)中，所述混合的时间为0.5-1.5小时，优选为0.8-1.2小时，示例性为1小时。

26、根据本发明的实施方案，所述步骤1)中，混合溶液还可以进行过滤。优选地，所述过滤可选用本领域已知的方法，本发明不做具体限定。

27、根据本发明的实施方案，所述步骤2)中，所述静置反应的条件包括：温度为20℃-40℃，示例性为25℃或30℃；静置反应1-48h，例如为24h。

28、根据本发明的实施方案，所述步骤2)中，静置反应后还包括对静置反应后的反应液进行后处理，例如进行过滤；过滤后得到零维钙钛矿单晶材料，可进一步进行洗涤。

29、本发明还提供通过上述制备方法制备得到的零维钙钛矿单晶材料，所述零维钙钛矿单晶材料具有如上文所述的含义。

30、本发明还提供上述零维钙钛矿单晶材料在电子产品中的应用，例如在发光显示、光电子器件等领域中的应用。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

32、1、本发明提供了一种绿色环保、高性能的卤化物钙钛矿材料，其合成方法简便，反应条件易控制，具有较高的可重复性。

33、2、本发明有效解决了已知含铅钙钛矿材料的毒性及近红外钙钛矿材料发光效率低的问题，有望实现在钙钛矿材料在人类电子产品等领域中的应用，其在发光显示、光电子器件等领域有着巨大的发展潜力。

技术特征：

1.一种零维锡基钙钛矿材料，其特征在于，所述零维锡基钙钛矿材料的化学式为(c8nh18)2snx4，其中，x选自clxbr1-x或br，x选自0-1且不为0。

2.根据权利要求1所述的零维锡基钙钛矿材料，其特征在于，所述零维锡基钙钛矿材料具有良好的结晶性，其属于单斜晶系。

3.根据权利要求1或2所述的零维锡基钙钛矿材料，其特征在于，所述零维锡基钙钛矿材料的化学式为(c8nh18)2sn(clxbr1-x)4，x＝0.5，平均尺寸为10μm；在350nm紫外光激发下，(c8nh18)2sn(clxbr1-x)4零维钙钛矿单晶材料呈现近红外光发射。

4.根据权利要求1-3任一项所述的零维锡基钙钛矿材料，其特征在于，所述零维锡基钙钛矿材料的化学式为(c8nh18)2snbr4，平均尺寸为1000μm；在360nm紫外光激发下，(c8nh18)2snbr4零维钙钛矿单晶材料呈现近红外光发射。

5.权利要求1-4任一项所述的零维锡基钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述卤化锡和溴化-n-丙基甲基吡咯烷的摩尔比为(0-4):(0-8)且摩尔比不为0。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自二甲基亚砜、n，n-二甲基甲酰胺、γ-丁内酯、n，n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的一种、两种或更多种。

8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂和反应溶剂的体积比为(1-10)：(1-10)。

9.根据权利要求5-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述混合的时间为0.5-1.5小时。

10.权利要求1-4任一项所述的零维钙钛矿单晶材料在电子产品中的应用。

技术总结本发明提供一种高效近红外发光的零维锡基钙钛矿材料及其制备方法和应用。本发明的零维锡基钙钛矿材料的化学式为(C<subgt;8</subgt;NH<subgt;18</subgt;)<subgt;2</subgt;SnX<subgt;4</subgt;，其中，X选自Cl<subgt;x</subgt;Br<subgt;1‑x</subgt;或Br，x选自0‑1且不为0。本发明有效解决了已知含铅钙钛矿材料的毒性及近红外钙钛矿材料发光效率低的问题，有望实现在钙钛矿材料在人类电子产品等领域中的应用，其在发光显示、光电子器件等领域有着巨大的发展潜力。技术研发人员：陈雅蒙,魏游超,刘永升,洪茂椿受保护的技术使用者：闽都创新实验室技术研发日：技术公布日：2025/1/6