[發明專利]一種基于化學氣相沉積的超薄無機鉛鹵鈣鈦礦納米團簇的制備方法

有效

• 申請號: 201710475083.3
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107381624B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 何海平;甘露;葉志鎮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01G21/00
• 分類號: C01G21/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開了一種基于化學氣相沉積的超薄無機鉛鹵鈣鈦礦納米團簇的制備方法，該方法是先以熱澆筑法制備超薄碘化鉛納米片前驅體，再利用化學氣相沉積技術，使用管式爐在合適的條件下將超薄碘化鉛前驅體轉化成超薄的無機鉛鹵鈣鈦礦納米片或納米線，最終獲得超薄無機鉛鹵鈣鈦礦納米團簇。本發明的制備方法方便易行，獲得的無機鉛鹵鈣鈦礦超薄納米片厚度或納米線直徑可維持在幾個至十幾個納米之間，這些納米片/線聚集在一起形成三角形或六邊形的納米團簇。本發明避免了有機配體的引入及后期復雜的薄膜旋涂過程，實現無機鉛鹵鈣鈦礦納米結構在襯底上的直接制備。

技術領域

本發明涉及一種無機鉛鹵鈣鈦礦納米團簇的化學氣相沉積制備方法，制得的納米團簇呈三角形或六邊形狀，每個團簇由眾多小納米片或納米線聚集組成，每個小納米片/納米線具有幾個至十幾個納米的超薄厚度/直徑。

背景技術

近年來，一種有機-無機鹵化鉛類鉛鹵鈣鈦礦材料成為了光伏領域的“寵兒”，這種材料由于其低缺陷密度、高載流子遷移率、發光效率及強光吸收能力而具備優異的光電性能。短短五、六年間，基于此類鉛鹵鈣鈦礦的太陽能電池的光電轉換效率已從3.8％提升到22.1％。此外，這種鉛鹵鈣鈦礦材料在其他光電器件，如高效發光二極管(LED)、低閾值激光器、高靈敏度光探測器等領域也表現出了極具競爭力的潛在應用能力。然而，與優異光電性能相對的，是其較差的穩定性，這種鉛鹵鈣鈦礦材料較強的離子特性使得這種材料在含氧、水量較高的環境下極易發生離解。

研究者進行了各種方法嘗試提高此類鉛鹵鈣鈦礦材料的穩定性，其中的一個主要方法是將有機-無機鉛鹵鈣鈦礦替換為純無機鉛鹵鈣鈦礦。純無機鉛鹵鈣鈦礦材料是將有機-無機鉛鹵鈣鈦礦中的有機部分(通常為甲胺)替換為尺寸較小的無機原子(通常為Cs)，從而避免了含甲胺基材料怕水、怕氧的特性，因此大大提高了鉛鹵鈣鈦礦材料的穩定性，同時又保留了有機-無機鉛鹵鈣鈦礦材料的優異光電性能。

關于無機鉛鹵鈣鈦礦材料的研究，主要集中于高熒光效率納米晶方面，已報道的無機鉛鹵鈣鈦礦納米晶的量子產率最高已接近90％。目前，無機鉛鹵鈣鈦礦納米晶主要通過液相法制備，且改變反應條件(如反應溫度、配體種類等)，可以對納米晶的形貌進行優化，如制備厚度為10nm以下邊長大于50nm的超薄無機鉛鹵鈣鈦礦納米片。這種納米片由于其厚度較薄，表現出強烈的量子限域特性，有助于光電性能的提升。

遺憾的是，基于液相法制備的無機鉛鹵鈣鈦礦在后期的器件制備中，需要進行復雜的旋涂過程來形成致密的薄膜，且納米晶的制備過程中所使用的有機配體的存在會影響薄膜的烘干，而納米晶的提純與配體的去除過程亦十分復雜，極大地制約了基于無機鉛鹵鈣鈦礦納米晶的器件應用。

由此可見，探索一種液相法以外的無機鉛鹵鈣鈦礦納米材料制備方法是解決這一瓶頸的有效手段。其中，化學氣相沉積法是通過將兩種或兩種以上的前驅體與襯底材料導入到一個反應室內，使之發生反應，直接將產物沉積到預先準備好的襯底上的薄膜沉積技術，可以有效避免液體的引入。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于化學氣相沉積的超薄無機鉛鹵鈣鈦礦納米團簇的制備方法，該方法利用化學氣相沉積技術制備超薄無機鉛鹵鈣鈦礦納米結構，避免有機配體的引入及后期復雜的薄膜旋涂過程，實現無機鉛鹵鈣鈦礦納米結構在襯底上的直接制備。

本發明的無機鉛鹵鈣鈦礦納米團簇的制備方法，采用的是化學氣相沉積方法，具體包括以下步驟：

1)在襯底上采用熱澆筑法制備超薄碘化鉛納米片；

2)在惰性氣氛中稱取碘化銫入石英舟中，將該石英舟置于管式爐加熱區中央，將經獲得的超薄碘化鉛納米片放入另一個石英舟中，置于管式爐氣流下游距離盛有碘化銫的石英舟10-15cm處，裝好樣品后，抽出腔體內殘余空氣使管式爐內氣壓達到0.15mbar，再以氬氣為保護氣，在低壓下升溫至500-600℃，保溫5min～10min后，降至室溫后取出樣品，得到沉積在襯底上的超薄無機鉛鹵鈣鈦礦納米團簇。