[發(fā)明專利]低溫溶劑法合成銅基鈣鈦礦粉體的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011170108.7
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112280555A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡章貴;韓美娜;王迪
• 申請（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號: C09K11/61
• 分類號: C09K11/61;C01G3/00
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發(fā)明為一種低溫溶劑法合成銅基鈣鈦礦粉末的方法。該方法包括如下步驟：將CsX和CuX加入到極性有機(jī)混合溶液中，在40～70℃下攪拌4～6小時；其中，極性有機(jī)混合溶液為N,N?二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亞砜(DMSO)混合溶液，所述CsX為氯化銫、溴化銫或碘化銫，所述CuX為氯化銅、溴化銅或碘化銅。本發(fā)明所述合成工藝不用在熱板上恒溫生長，在磁力攪拌器上直接合成，具有制造周期短、成本低、生長步驟簡單、環(huán)境友好等特點(diǎn)，5小時內(nèi)析出高結(jié)晶質(zhì)量的Cs₃Cu₂X₅粉末。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料制備領(lǐng)域，具體涉及銅基替代鉛基的無鉛化鈣鈦礦粉末的低溫溶劑合成方法。

背景技術(shù)

近年來，鉛基鈣鈦礦材料在光電轉(zhuǎn)換方面展示出卓越的表現(xiàn)，受到大家的廣泛關(guān)注！鉛基鈣鈦礦材料不僅擁有優(yōu)異的光學(xué)性能,如發(fā)射光譜可調(diào)控、發(fā)光峰較窄、缺陷態(tài)密度低,鉛基鈣鈦礦同時具備制造成本低、生產(chǎn)過程簡易等諸多優(yōu)勢。然而鉛基鈣鈦礦材料固有的晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性，室溫下極易發(fā)生相變分解,從而容易造成化合物中的重金屬鉛離子的泄露。材料易分解、環(huán)境不友好的這些缺陷嚴(yán)重阻礙了鉛基鈣鈦礦在的太陽能電池以及類似器件的大規(guī)模商用。因此，開發(fā)高穩(wěn)定、環(huán)境友好的無鉛鈣鈦礦材料具有巨大的研究需求和應(yīng)用前景。

全無機(jī)的銅基鈣鈦礦Cs₃Cu₂X₅(X＝Cl,Br,I)較鉛基鈣鈦礦是一種化學(xué)性能更為穩(wěn)定、發(fā)光效率高、成本更低廉的理想寬帶光電半導(dǎo)體材料。目前多采用高溫熔鹽法或水溶液法合成的銅基鈣鈦礦Cs₃Cu₂X₅為薄膜材料，其制備工藝復(fù)雜、合成成本高、周期較長。尚未見相關(guān)文獻(xiàn)和專利發(fā)表穩(wěn)定的Cs₃Cu₂X₅粉體材料。針對目前Cs₃Cu₂X₅粉體合成工藝缺失，本發(fā)明提出一種低溫溶劑法合成銅基鈣鈦礦Cs₃Cu₂X₅粉末方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對已公開銅基鈣鈦礦Cs₃Cu₂X₅粉體合成技術(shù)的缺失，提出一種低溫溶劑法合成銅基鈣鈦礦的粉體的方法。該方法利用以二甲基甲酰胺與二甲基亞砜組成的有機(jī)混合溶液作為粉末合成環(huán)境，在低于80℃的條件下快速制備高結(jié)晶度的Cs₃Cu₂I₅粉末。本發(fā)明所述合成工藝不用在熱板上恒溫生長，在磁力攪拌器上直接合成，具有制造周期短、成本低、生長步驟簡單、環(huán)境友好等特點(diǎn)，5小時內(nèi)析出高結(jié)晶質(zhì)量的Cs₃Cu₂X₅粉末。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種低溫溶劑法合成銅基鈣鈦礦粉末的方法，包括如下步驟：

步驟(1)稱量CuX、CsX，其中摩爾比為：CuX：CsX＝1:1.0～1.6；所述CsX為氯化銫、溴化銫或碘化銫，所述CuX為氯化銅、溴化銅或碘化銅；

步驟(2).將CsX和CuX加入到極性有機(jī)混合溶液中，在40～70℃下攪拌4～6小時；

其中，極性有機(jī)混合溶液為N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亞砜(DMSO)混合溶液，體積比為：DMF：DMSO＝1:0.2～0.7；每10毫升混合溶液加入0.01mol～0.03molCuX；

步驟(3).將步驟(2)所得的反應(yīng)液經(jīng)過濾器過濾，獲得濾餅，濾餅烘干后為Cs₃Cu₂X₅粉末；

所述的步驟(2)中的攪拌為磁力攪拌。