摘要
卤化铅铯钙钛矿材料（CsPbX3,X=Cl,Br,I）因其优异的光学性能和独特的电子特性，吸引了来自不同学科的研究人员的深入研究，在材料合成和制备工艺方面取得了重大进展。卤化铅铯钙钛矿材料在光电领域如太阳能电池、发光二极管、激光和光电探测器等应用方向具有突出的性能和广泛的应用前景，而在生物领域如X射线成像、细胞成像和肿瘤追踪等方向也逐渐引起人们的重视。 然而，三维立方相CsPbBr3进一步的发展仍然受制于其较差的稳定性，尤其是水热稳定性问题，在高温或高湿等严苛环境下容易出现晶体结构坍塌、表面结构退化和缺陷密度增加的不良结果，进而失去光学活性。卤化铅铯钙钛矿材料除了有光学性能优异的三维立方相CsPbBr3，其衍生相零维Cs4PbBr6和二维CsPb2Br5钙钛矿因其较好的稳定性，逐渐引起人们的关注。值得一提的是，通过将三维钙钛矿嵌入其衍生相，形成CsPbBr3/Cs4PbBr6或CsPbBr3/CsPb2Br5钙钛矿复合材料，能够大幅提高其光学性能和稳定性，尤其是耐热性和水稳定性。然而，关于Cs-Pb-Br钙钛矿体系中相变转换的机理还缺乏深入的研究，了解这些不同物相组成的钙钛矿复合材料，有利于发展基于钙钛矿材料的可靠应用。因此本论文针对CsPbBr3/Cs4PbBr6和CsPbBr3/CsPb2Br5钙钛矿复合材料的合成优化、晶体结构转变过程、光学性能优化以及稳定性问题和应用探索展开研究，主要研究内容总结如下： （1）提出固-液异质相界面热合成法制备高耐热CsPbBr3/Cs4PbBr6钙钛矿固体复合材料，第一步在90℃的N,N-二甲基甲酰胺溶液中加入适量CsBr和PbBr2形成均匀CsPbBr3胶体溶液，第二步加入过量CsBr固体进行固-液异质相界面反应，通过调节原材料比例，可以得到不同组分的卤化铅铯钙钛矿材料。对合成的钙钛矿材料进行X射线衍射、荧光光谱、傅里叶红外光谱、吸收光谱和热重图谱等分析，研究其晶体结构、表面配体、光学性能和稳定性。最终得到的CsPbBr3/Cs4PbBr6钙钛矿固体复合材料具有高达84%的荧光量子效率，最强发射峰位为517nm，在150℃下连续加热22h热处理并冷却至室温后，其发光强度依然可以保持至初始强度的80%。此外，在高功率密度的紫外光（8mW/cm2）连续照射12h后，其发光强度依然保持初始强度的90%。基于高耐热CsPbBr3/Cs4PbBr6钙钛矿固体复合材料封装得到了高亮度、高稳定的可靠白光LED器件，在低偏置电流（20mA）可持续工作1100h，在高工作电流（300mA）下依然有显著的照明效果，这促进了钙钛矿固体照明和显示器件应用的进一步发展。 （2）采用水辅助物相转化合成法来制备水溶性CsPbBr3/CsPb2Br5钙钛矿纳米复合材料。首先通过控制有机配体和非极性抗溶剂合成CsPbBr3/Cs4PbBr6钙钛矿纳米晶，随后加入足量纯水溶液进行物相转换，即零维Cs4PbBr6在水分的诱导下转换成二维CsPb2Br5，并在完全的水溶液中形成高发射的水溶性CsPbBr3/CsPb2Br5钙钛矿纳米晶，可在水溶液中持续发光大于30天。此外，通过加入适量的PbCl2或ZnCl2和ZnI2进行阴离子交换，可精确控制发光波长，得到全光谱覆盖的水溶性CsPbX3/CsPb2X5钙钛矿纳米复合材料（X=Br/Cl,Br,I/Br），发射光谱范围为420-680nm，发射半高宽范围为12.5-45.6nm，形貌尺寸小于20nm，荧光寿命范围为54.5-583.6ns。通过X射线衍射分析、透射显微镜、X射线光电子能谱、傅里叶红外光谱、核磁共振氢谱、Zeta电位、热重图谱、荧光光谱等分析，对水溶性钙钛矿纳米复合材料进行了详细的表征和研究。此外，基于水溶性CsPbBr3/CsPb2Br5钙钛矿纳米复合材料，我们初步实现了高分辨率的细胞成像，这也是我们后续的研究重点。
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