[發(fā)明專利]具有量子尺寸效應(yīng)的CsPbBr3納米片的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710039628.6
• 申請(qǐng)日: 2017-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106809872A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊智;汪敏強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G21/00
• 分類號(hào): C01G21/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 安彥彥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種具有量子尺寸效應(yīng)的CsPbBr₃納米片的制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)隨著有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的快速發(fā)展，其光電轉(zhuǎn)換效率從2009年的3.8％飛速發(fā)展到2016年的22.1％，歸結(jié)于鈣鈦礦材料具有強(qiáng)的吸光能力，高的載流子遷移率和長(zhǎng)的激子遷移距離，同時(shí)表明了該材料還具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＡ硗猓珻H₃NH₃PbX₃(X＝Br,I,Cl)量子點(diǎn)表現(xiàn)出了極好地光致發(fā)光特性，發(fā)光能夠覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光譜，量子產(chǎn)率達(dá)到70％(Acs Nano,2015,9(4):4533-4542；Nano letters,2015,15(6):3692-3696.)。可是CH₃NH₃在空氣中的穩(wěn)定性很差，需要在惰性氣氛中處理，因此限制了有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦量子點(diǎn)的應(yīng)用。可是，研究人員發(fā)現(xiàn)用Cs⁺替代CH₃NH₃⁺可以很好地解決鈣鈦礦量子點(diǎn)在空氣中的穩(wěn)定性問(wèn)題，同時(shí)依然保留能夠覆蓋全可見(jiàn)光譜高的量子產(chǎn)率(Advanced Function Materials，2016,26,2435-2445)。CsPbBr₃量子點(diǎn)是目前研究最多的無(wú)機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)，因?yàn)槠渚哂谐^(guò)80％的熒光量子產(chǎn)率，發(fā)射峰的半高寬很窄，通過(guò)調(diào)節(jié)尺寸可以實(shí)現(xiàn)熒光發(fā)射峰從430-532nm的調(diào)節(jié)，容易實(shí)現(xiàn)形貌控制。基于CsPbBr₃量子點(diǎn)，在不改變?cè)夹蚊驳臈l件下，可以通過(guò)陰離子交換反應(yīng)得到CsPbCl₃和CsPbI₃量子點(diǎn)(J.Am.Chem.Soc.2015,137(32):10276-10281.)。

目前報(bào)道合成CsPbBr₃量子點(diǎn)的方法主要分為高溫?zé)嶙⑷敕ê统刂苽洹Ｏ啾扔诔刂苽洌瑐鹘y(tǒng)的高溫?zé)嶙⑷敕軌蛲ㄟ^(guò)調(diào)控反應(yīng)前驅(qū)物、反應(yīng)溫度和時(shí)間、不同配體間的體積比獲得不同尺寸的多種形貌包括球狀、立方塊、納米線和納米片等(J.Am.Chem.Soc.2016,138,7240-7243；Chem.Mater.2016,28,6450-6454)。由于CsPbBr₃量子點(diǎn)的波爾激子直徑只有7nm，當(dāng)量子點(diǎn)的任何一個(gè)維度小于波爾激子直徑才能表現(xiàn)出明顯的量子尺寸效應(yīng)，表現(xiàn)為熒光發(fā)射波長(zhǎng)向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)。相比于零維量子點(diǎn)，二維CsPbBr₃納米片在厚度上更容易實(shí)現(xiàn)單個(gè)原子層到幾個(gè)原子層的調(diào)控，表現(xiàn)出強(qiáng)的量子尺寸效應(yīng)。此外其具有長(zhǎng)的平面內(nèi)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，更強(qiáng)的光吸收和便于制備均勻致密的薄膜等優(yōu)點(diǎn)，因此合成的二維CsPbBr₃納米片一方面為研究二維半導(dǎo)體的量子限域效應(yīng)提供了理想的模型，另一方面可用于制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管、光電探測(cè)器和發(fā)光二極管等光電器件。報(bào)道的使用一種胺類配體合成CsPbBr₃納米片的方法(Adv.Mater.2016,28,4861–4869)，一步反應(yīng)，無(wú)法對(duì)納米片橫向尺寸進(jìn)行調(diào)控。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有量子尺寸效應(yīng)的CsPbBr₃納米片的制備方法，該方法通過(guò)調(diào)節(jié)加入長(zhǎng)鏈配體與短鏈配體的體積比、納米晶成核與生長(zhǎng)的溫度和時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)鈣鈦礦CsPbBr₃納米晶的形貌從球形到薄層納米片的調(diào)控。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種具有量子尺寸效應(yīng)的CsPbBr₃納米片的制備方法，包括以下步驟：

1)通入氬氣的條件下，將碳酸銫溶解于油酸中，加熱下攪拌直至碳酸銫溶解，得到油酸銫前驅(qū)體；其中，碳酸銫與油酸的比為0.05g：5mL；

2)通入氬氣的條件下，將溴化鉛、長(zhǎng)鏈配體和短鏈配體加入到十八烯中，在100～150℃下反應(yīng)至溴化鉛溶解，得到混合溶液；其中，溴化鉛與長(zhǎng)鏈配體的比為0.01g～0.1g：0.5mL；長(zhǎng)鏈配體與短鏈配體的體積比為1：(0～1.8)；

3)將步驟2)中混合溶液的加熱到120～150℃后，將油酸銫前驅(qū)體注入，反應(yīng)5～15s后于100～130℃繼續(xù)反應(yīng)1～5min，然后冷卻到室溫，離心，洗滌得到具有量子尺寸效應(yīng)的CsPbBr₃納米片；其中，油酸銫前驅(qū)體與混合溶液的加入量按照碳酸銫與溴化鉛的質(zhì)量比為0.01g：0.01g～0.1g加入。