完全無機ハロゲン化物ペロブスカイト量子ドット(QDs)であるCsPbBr3 QDs蛍光体は半値幅が狭く、量子収率の高い蛍光を示すため、広色域ディスプレイへの応用が期待されている。しかし、毒性のあるPbが実用化を妨げている。そこで本研究では、非鉛系材料として、Cs3Sb2Br9ペロブスカイトQDsの作製とその条件を検討した。
典型的な合成条件を示す。臭化セシウム0.3mmol、臭化アンチモン0.2mmol)およびN,N-ジメチルホルムアミド2mLを加えて室温で撹拌し、透明な黄色溶液を得た。オレイルアミン20μLを加えて、これを前駆体溶液とした。また、オクタン10mLとオレイン酸2mLを室温で混合した。この溶液を激しく撹拌しながら、前駆体溶液0.1mLを加えて、10s反応させた。得られた黄色分散液を1000×gで遠心分離を3min行い、沈降物を除去して上澄み試料を得た。さらに、この上澄み試料を19000×gで5min遠心分離を行い、黄色沈降物を得た。この沈降物を脱水トルエン5mLに加えて分散させたものをトルエン分散液試料とした。また、上記の合成方法において撹拌を10s行った後に19000×gで10min遠心分離して得られた沈降物を24h以上真空乾燥し、粉末試料を得た。
XRDプロファイルでは、Cs3Sb2Br9に帰属できるブロードなピークが見られた。Cs3Sb2Br9の(201)面に帰属される27°のピークから結晶子径をScherrerの式で算出すると、7.1nmであった。UV-vis吸収スペクトルには、吸収ピークが350–450nm付近に現れた。PLスペクトルでは、410nm付近に溶媒中のオレイン酸、470nm付近にCs3Sb2Br9 QDsのものと考えられるPLピークがそれぞれ見られた。ここで、オレイン酸の量を0.5、1、2、4、6mLで変化させると、2mLのときが最もQDsの蛍光が明確に現れた。したがって、使用するオレイン酸の量には最適値があることが示された。さらに合成条件を最適化することで、QDsの蛍光特性が改善されると考えられる。
The CsPbBr3 quantum dots (QDs), which is completely-inorganic halide perovskite phosphors, have attracted much attention in the application to wide color gamut displays because of their excellent photoluminescence (PL) with high quantum yields and narrow peak widths. However, the toxicity of Pb prevents practical use of them. In this study, preparation and improvement of lead-free Cs3Sb2Br9 perovskite QDs are investigated.
A typical synthesis is described here. 0.3 mmol of cesium bromide and 0.2 mmol of antimony bromide were added to 2 mL of N,N-dimethylformamide, and then stirred at room temperature to obtain a clear yellow solution. 20 μL of oleylamine was added to prepare a precursor solution. 10 mL of octane and 2 mL of oleic acid were mixed at room temperature. 0.1 mL of the precursor solution was added to this mixture under vigorous stirring and then reacted for 10 s. The resulting yellow dispersion was centrifuged at 1,000×g for 3 min, and the precipitate was removed to obtain the supernatant. Furthermore, the supernatant was centrifuged at 19,000 × g for 5 min to obtain a yellow precipitate. This precipitate was dispersed to 5 mL of dehydrated toluene to prepare a toluene dispersion. Furthermore, after stirring was carried out for 10 s in the above synthesis method, the precipitate obtained by centrifugation at 19,000×g for 10 min was vacuum-dried for 24 h or more to obtain powder sample.
Broad peaks attributable to Cs3Sb2Br9 were observed in the XRD profile. From the peak at 27°assigned to the (201) plane of Cs3Sb2Br9, the crystallite diameter was calculated to be 7.1 nm by Scherrer's equation. In the UV-vis absorption spectrum, an absorption peak appeared around 350–450 nm. In the PL spectrum, the emission peaks of residue oleic acid in the solvent and Cs3Sb2Br9 QDs were observed around 410 nm and 470 nm, respectively. When the used of oleic acid was changed at 0.5, 1, 2, 4, and 6 mL, 2 mL was the optimum amount at what the PL peak of QDs appeared most clearly. Therefore, there was an optimum condition for the used oleic acid. The PL property of the QDs would be improved by the further optimization on the synthesis conditions.