イオンダイナミクスが誘起する有機無機ペロブスカイトの単一粒子発光スイッチング

有机-无机钙钛矿中离子动力学诱导的单粒子发光转换

基本信息

批准号：
18J11215
负责人：
狩俣出
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

有機鉛ハロゲン化物ペロブスカイトは、ハロゲン交換反応を起こすことが知られており、交換反応によってバンドギャップの多色化が期待できる。また、イオン交換反応はコア-シェル構造を構築するための有用な方法であり、半導体ナノ粒子の光機能化が実現できる。しかしながら、コア-シェル型ペロブスカイトナノ粒子の合成は前例がない。本研究では、ナノ粒子における交換反応のその場観測を行い、交換反応に伴うイオン・電荷キャリアダイナミクスや結晶構造の相転移における熱力学的安定性を明らかにし、コア-シェル構造構築への知見を得る。特に、シェル形成に伴うコア-シェル間の電荷移動過程の解明、さらに相転移における構造再構築の解明は、コア-シェル界面の空間制御に必要不可欠である。得られた知見を元に、ペロブスカイトナノ粒子の光機能化を行う。電子顕微鏡との対応を行い、構造的特徴(サイズ、化学組成、コア/シェルの体積比)と発光特性の関係性を明らかにする。本年度は。ヨウ素体から臭素体への交換反応において、単一粒子発光で観測された暗状態を明らかにするために、Ｘ線結晶構造解析による交換反応中の構造変化を調べた。粉末Ｘ線回折パターンより、反応初期にナノ粒子表面に臭素リッチ体が形成され、ヨウ素体と分離した状態が形成されていることが明らかになった。また、Ｘ線回折ピークの解析より、反応によって結晶ドメインは一時的に減少するが、さらに反応が進行するとドメインサイズは元のサイズと同程度まで増大することが明らかになった。これらの結果より、交換反応によってヨウ素体と臭素体の分離、混合が起こっており、分離した状態における相界面に存在する欠陥サイトの生成、消失によって、単一粒子発光観測で暗状態が観測されることが明らかとなった。

已知有机铅卤化物钙钛矿会引起卤素交换反应，并且可以预期带隙由交换反应进行多色。此外，离子交换反应是构建核心壳结构的有用方法，可以实现半导体纳米颗粒的光功能化。但是，核壳钙钛矿纳米颗粒的合成是前所未有的。在这项研究中，进行了对纳米颗粒中交换反应的原位观察，并揭示了与交换反应和晶体结构相变相关的离子载体载体动力学的热力学稳定性，并获得了核心壳结构的构建的知识。特别是，阐明与壳形成相关的核心壳电荷转移过程，并在相变期间阐明结构重建对于核心壳界面的空间控制至关重要。基于获得的发现，钙钛矿纳米颗粒被光功能化。结构特征（尺寸，化学成分，核心/壳体积比）与发光特性之间的关系揭示了与电子显微镜的对应关系。今年。为了揭示从碘到溴的交换反应中观察到的暗状态，通过X射线晶体结构分析研究了交换反应期间的结构变化。粉末X射线衍射模式表明，在反应开始时，在纳米颗粒的表面形成了富含溴的身体，形成了与碘体分离的状态。此外，对X射线衍射峰的分析表明，晶体结构域由于反应而暂时减小，但是随着反应的进一步发展，域的大小与原始大小相同。这些结果表明，交换反应会导致碘和溴体的分离和混合，并且由于在分离状态下相位界面上存在的缺陷位点的形成和缺陷位点，单个颗粒发光观测可以观察到黑暗状态。