一种Tb3+掺杂有机-无机三维双钙钛矿的制备方法与应用

本发明属于化学材料制备，尤其涉及一种tb3+掺杂有机-无机三维双钙钛矿的制备方法与应用。

背景技术：

1、具有高光致发光量子产率(plqys)的发光材料可以有效提高照明效率，降低能源浪费。常用的商业红粉氟化物k2sif6:mn4+和k2tif6:mn4+量子产率较低，在40％到50％之间。商用的绿色荧光粉主要是铝酸盐y3al5o12:ce3+，其量子产率介于60％到70％之间。这些绿色和红色荧光粉不但量子产率较低，而且合成过程相对复杂、价格较高，因此限制了它们在市场上的应用。杂化钙钛矿材料具有超高的光吸收系数和超低的体积缺陷密度，在高发光效率方面表现出显著的优势。

2、三维稀土基杂化双钙钛矿a2m+m3+(no3)6以其合成成本低、环境友好、稳定性高和具有低能垒而成为当前研究的热点。同时三维稀土基杂化双钙钛矿的稀土离子具有更稳定的固有光致发光特性，不容易受到过多的发光激活剂猝灭的影响，有望获得更高的光发射效率。同时，领域内缺乏关于黄色荧光粉的研究报道，而黄色荧光粉对于提升商用白光led效能和显色指数具有重要作用。因此，研发环保、高效的新型三维杂化双钙钛矿黄色荧光粉对于推动高显色指数白光led技术的应用具有重要的实际意义。在[(ch3)4n)]2kln(no3)6这一体系中，高对称a位阳离子可以降低部分电荷密度的局部化现象发生，从而增加量子产率。到目前为止，现有技术仅限于对[(ch3)4n)]2keu(no3)6在532nm激发下光致发光现象的探讨，未见从结构调控(掺杂)以及改变激发波长等方面研究该化合物的光学性能的报道。单晶材料在晶体结构上更加有序和完整，存在较少的光学缺陷(如吸收中心、激发态耗散等)。高质量的单晶有助于提高荧光性能和发光效率。目前常用的合成方法，如水热法、添加剂法、晶种生长法和逆温结晶法，在合成过程上都表现出一定的复杂性。相对于其它单晶生长技术，溶剂缓慢蒸发法更易实施，所需的设备和技术相对简单。但必须设计合理的反应路线和选择合适的反应条件。为此我们提出一种tb3+掺杂有机-无机三维双钙钛矿的制备方法与应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种tb3++掺杂有机-无机三维双钙钛矿的制备方法与应用，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种tb3+掺杂有机-无机三维双钙钛矿，所述双钙钛矿发光材料的化学分子式为[(ch3)4n)]2keu1-xtbx(no3)6，其中，tb3+的掺杂量为0<x≤1。

4、—进一步的，所述双钙钛矿发光材料为单晶，单晶结构属于立方晶系fm3m空间群；tb3+掺杂具体为tb3+离子占据eu3+的位置进行掺杂；单晶尺寸最小为3×2×2mm3；单晶具有的红光发射量子产率为75.76％，绿光发射量子产率为87.08％。

5、进一步的，随着所述tb3+掺杂量x的增加，单晶的发射光谱从红光渐变至橙光、黄光，最终变成绿光。

6、进一步的，当x的值为0.55≤x≤0.7，所述双钙钛矿发光材料作为黄色荧光粉使用或应用于白光led，显色指数ra大于90。

7、一种如上述所述的tb3+掺杂有机-无机三维双钙钛矿的制备方法，包括如下步骤：

8、步骤a、将四甲基铵盐、钾源、铕源和铽源按一定比例混合；

9、步骤b、将步骤a中的混合物放入玻璃瓶中，加入一定量的去离子水进行搅拌；

10、步骤c、将步骤b中装有混合溶液的玻璃瓶敞盖放置于烘箱，在一定温度下恒温蒸发一段时间，直至单晶生长结束；

11、步骤d、用正己烷充分冲洗步骤c中所得单晶，再置于70℃烘箱中干燥。

12、进一步的，所述步骤a中，四甲基铵盐、钾源、铕源和铽源的投料摩尔数比满足2:1:(1-y):y，y的值为0≤y≤1。

13、进一步的，所述步骤b中，去离子水的体积为10～30ml。

14、进一步的，所述步骤c中，蒸发温度为40～70℃，蒸发时间为3～5天。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、1.本发明利用恒温蒸发法制备的tb3+掺杂有机-无机杂化双钙钛矿，相比于商业荧光粉，本发明采用的方法具有条件温和与工艺流程简单等优点，同时单晶材料具有的红光发射量子产率为75.76％，绿光发射量子产率为87.08％，荧光寿命大于4ms，具有较好的荧光性能。

17、2.本发明合成了新型的黄光发射的三维双钙钛矿发光材料，热稳定性高，在365℃下可以保持稳定，能够将其应用于组装具有显色指数大于90的白光led，在照明领域具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种tb3+掺杂有机-无机三维双钙钛矿，其特征在于，所述双钙钛矿发光材料的化学分子式为[(ch3)4n)]2keu1-xtbx(no3)6，其中，tb3+的掺杂量为0<x≤1。

2.根据权利要求1所述的tb3+掺杂有机-无机三维双钙钛矿，其特征在于，所述双钙钛矿发光材料为单晶，单晶结构属于立方晶系空间群；tb3+掺杂具体为tb3+离子占据eu3+的位置进行掺杂；单晶尺寸最小为3×2×2mm3；单晶具有的红光发射量子产率为75.76％，绿光发射量子产率为87.08％。

3.根据权利要求2所述的tb3+掺杂有机-无机三维双钙钛矿，其特征在于，随着所述tb3+掺杂量x的增加，单晶的发射光谱从红光渐变至橙光、黄光，最终变成绿光。

4.根据权利要求2所述的tb3+掺杂有机-无机三维双钙钛矿，其特征在于，当x的值为0.55≤x≤0.7，所述双钙钛矿发光材料作为黄色荧光粉使用或应用于白光led，显色指数ra大于90。

5.一种根据权利要求1-4任一所述的tb3+掺杂有机-无机三维双钙钛矿的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的tb3+掺杂有机-无机三维双钙钛矿的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，四甲基铵盐、钾源、铕源和铽源的投料摩尔数比满足2:1:(1-y):y，y的值为0≤y≤1。

7.根据权利要求5所述的tb3+掺杂有机-无机三维双钙钛矿的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，去离子水的体积为10～30ml。

8.根据权利要求5所述的tb3+掺杂有机-无机三维双钙钛矿的制备方法，其特征在于，所述步骤c中，蒸发温度为40～70℃，蒸发时间为3～5天。

技术总结
本发明适用于化学材料制备技术领域，提供了一种Tb<supgt;3+</supgt;掺杂有机‑无机三维双钙钛矿的制备方法与应用。制备方法采用恒温蒸发法；基体材料是红光发射的[(CH<subgt;3</subgt;)<subgt;4</subgt;N)]<subgt;2</subgt;KEu(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;6</subgt;，单晶量子产率可达75.76％。该材料在Tb<supgt;3+</supgt;掺杂量为x＝1时具有绿光发射，单晶量子产率可达87.08％。随着Tb<supgt;3+</supgt;掺杂量的增加，荧光材料具有光色可调谐性能，可以从红光渐变至橙光、黄光，最终到绿光。所得双钙钛矿发光材料可作为黄色荧光粉使用，应用于制备白光LED，显色指数Ra大于90。除此之外，该系列材料具有毫米级荧光寿命和分解温度高达365℃，有望在制造发光器件以及荧光粉等领域具有实际应用。

技术研发人员：李莉萍,白江辉,唐海通,李广社
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/23