基于交换树脂对钙钛矿量子点进行金属离子掺杂的方法与流程

本发明属于钙钛矿量子点材料制备领域，具体涉及一种基于交换树脂对全无机钙钛矿量子点进行金属离子掺杂的方法。

背景技术：

1、钙钛矿量子点材料是近年来热点研究的新型光电纳米材料，是一种尺寸在几纳米到几百纳米之间的微小粒子，它们的物理化学性质与自身的尺寸，形貌，以及晶体结构密切相关。其中全无机钙钛矿量子点cspbx3(x = cl、br、i)具有优异的光电性能，如稳定性较好、荧光量子产率较高、半峰宽较窄、发射光谱覆盖整个可见光波长、发射波长连续可调、晶相会随合成温度和其分子式中所含有的卤素元素的差异而发生变化等特点，从而在发光器件领域受到广泛关注。通过包覆、表面配体修饰和掺杂等方式，可以进一步提高钙钛矿的发光效率和稳定性，从而有着广阔的应用领域，例如得到高性能的白光led等。然而，把目标离子掺入量子点的主流方法是通过将离子加入前驱体中加热反应，这种方法对反应条件的要求较高，这使得掺杂的反应流程较为繁琐。例如n. lee等人在热注入制备cspbcl3纳米晶过程中加入了zncl2作为掺杂前驱体，在210 ℃下实现了zn的掺杂；唐孝生等人利用常温法在cspb(br/cl)3纳米晶中，经过12小时的长时间搅拌将mn2+掺入其中，由于mn2+在纳米晶中引入了新的能级，因此掺杂后出现了发光峰在607 nm的宽的黄光发射。长时间的制备过程以及反应条件的要求使得离子掺杂的发展受到限制。

2、因此，寻找一种简便高效的量子点掺杂流程是十分有必要的，利用阳离子交换树脂对钙钛矿量子点进行辅助掺杂，不仅可以提高掺杂效率，更有望大量制备，从而促进该材料的进一步发展。掺杂后的量子点可以作为白光器件的发光组分，应用在mini led等发光器件，为钙钛矿量子点在显示领域增加竞争力。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于交换树脂对钙钛矿量子点进行辅助掺杂的方法，采用阳离子交换树脂作为钙钛矿量子点离子掺杂的媒介，对钙钛矿量子点进行b位金属离子掺杂，提高掺杂效率，以及掺入离子带来的新的发射峰和高稳定性等性能。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于交换树脂对钙钛矿量子点进行辅助掺杂的方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：获取cspbx3钙钛矿量子点母液；

5、步骤s2：测得cspbx3钙钛矿量子点母液浓度，控制母液浓度范围；

6、步骤s3：将阳离子交换树脂与目标金属离子的无机盐饱和溶液混合，获取预处理后的阳离子交换树脂；

7、步骤s4：将cspbx3钙钛矿量子点母液与预处理后的阳离子交换树脂按照预设比例混合搅拌，并进行纯化处理，得到金属离子掺杂后的钙钛矿量子点：b2+:cspbx3，(x = cl、br、i)。

8、进一步的，所述cspbx3钙钛矿量子点母液采用高温热注入合成、过饱和结晶合成、微波法合成或超声法合成，其中cspbx3(x = cl、br、i)。

9、进一步的，所述cspbx3钙钛矿量子点母液浓度范围控制在10-50mg/ml。

10、进一步的，所述阳离子交换树脂与目标金属离子的无机盐饱和溶液混合搅拌时间为5h。

11、进一步的，所述阳离子交换树脂包括但不限于强酸型阳离子交换树脂、弱酸型阳离子交换树脂、钠型阳离子树脂等。

12、进一步的，所述目标金属离子的无机盐溶液包括但不限于mncl2溶液、zncl2溶液、cdcl2溶液、fecl2溶液、fecl3溶液、cucl2溶液。

13、进一步的，所述cspbx3钙钛矿量子点母液与相应阳离子交换树脂的混合比例为50:1-10:1(ml:g)；所述反应条件为室温下搅拌或超声，交换反应时间范围为10-30min。

14、进一步的，所述b2+:cspbx3钙钛矿量子点b2+与pb2+摩尔比值范围为5%-20%。

15、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

16、阳离子交换树脂辅助掺杂在保留原钙钛矿量子点结构完好的条件下提高掺杂效率，缩短掺杂完成时间至30min，阐明阳离子交换树脂对量子点掺杂的作用机理，掺杂速率主要受掺杂驱动力的影响，强酸性阳离子交换树脂通过提供额外的驱动力，在掺杂过程中起着至关重要的作用。这是由于阳离子交换树脂对不同金属离子具有优先选择性，这些离子更有可能吸附到树脂中。因此，为目标金属离子掺入到量子点中提供驱动力。此外，树脂本身的性质也会影响掺杂发生的速度，如树脂颗粒的尺寸、温度、树脂交联度和搅拌速度。树脂颗粒越小，表面积越大，膜的扩散速度可以加速掺杂速度。交联的程度对决定树脂骨架的结构起着至关重要的作用。交联程度越高，孔径越紧，扩散速度越慢。因此，控制树脂的性能对于调节掺杂速度具有重要意义，并使得金属离子掺杂量子点有望大批量制备。

技术特征：

1.一种基于交换树脂对钙钛矿量子点进行金属离子掺杂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述cspbx3钙钛矿量子点母液采用高温热注入合成、过饱和结晶合成、微波法合成或超声法合成。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述cspbx3钙钛矿量子点母液浓度范围控制在10-50mg/ml。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳离子交换树脂包括但不限于强酸型阳离子交换树脂、弱酸型阳离子交换树脂、钠型阳离子树脂等。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标金属离子的无机盐溶液包括但不限于mncl2溶液、zncl2溶液、cdcl2溶液、fecl2溶液、fecl3溶液、cucl2溶液。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳离子交换树脂与目标金属离子的无机盐饱和溶液混合搅拌时间为3-5h。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述cspbx3钙钛矿量子点母液与相应阳离子交换树脂的混合比例为50:1-10:1(ml:g)；反应条件为室温下搅拌或超声，交换反应时间范围为10-30 min。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述b2+:cspbx3钙钛矿量子点b2+与pb2+摩尔比值范围为5%-20%。

技术总结
本发明提供了一种基于交换树脂对钙钛矿量子点进行金属离子掺杂的方法，采用阳离子交换树脂作为钙钛矿量子点离子掺杂的媒介，对钙钛矿量子点进行B位金属离子掺杂，提高掺杂效率，以及掺入离子带来的新的发射峰和高稳定性等性能。

技术研发人员：叶芸,杨龙文,孙磊,郭太良,陈恩果,徐胜,黄贤溱
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：2024/2/19