一種光電材料CsPbBr₃的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光電材料CsPbBr3的制備方法，包括將含有Pb2+的HBr水溶液和Cs+的HBr水溶液在一定溫度下混合，待反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過洗滌及真空干燥，最終得到CsPbBr3多晶粉末。本發(fā)明通過控制Cs+/Pb2+的摩爾比來調(diào)整溶液的離子強度，克服了CsPbBr3在有水環(huán)境下的不穩(wěn)定問題，從而可以在水溶液中制備出單相的CsPbBr3材料。該方法制備工藝簡單，所用原料價格低廉，適合批量化生產(chǎn)。
【專利說明】
_種光電材料GsPbBr 3的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種光電材料CsPbBr3的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]CsPbBr3半導(dǎo)體材料是一種新型的光電材料，具有載流子迀移率高、擴散長度長、光吸收能力強、發(fā)光效率高以及光穩(wěn)定性好等優(yōu)點。由于其良好的光電性能，CsPbBr3的制備及其光電性能研究成為近幾年的研究熱點。目前，研究者已經(jīng)采用CsPbBr3制備了太陽能電池，LED，單光子探測器，以及CsPbBr3量子點激光器。CsPbBr3在光電及光伏領(lǐng)域有著潛在的巨大應(yīng)用價值。
[0003]CsPbBr3在有水環(huán)境下極不穩(wěn)定，會迅速和水反應(yīng)生成CsPb2Br5t3因此，常規(guī)的制備CsPbBr3材料的方法是在無水條件下進行的。常見的做法是將CsBr和PbBr2分別溶解于DMF、DMSO等有機溶劑中形成溶液，然后將兩種溶液混合，從而得到CsPbBr3。這種制備方法工藝簡單，但是要用到價格較為昂貴的有機試劑。同時，無水的制備環(huán)境具有很大的局限性，限制了 CsPbBr3的批量化生產(chǎn)。因此，開發(fā)原料價格低廉，且能在水溶液中制備CsPbBr3的方法具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，本發(fā)明的目的是提供一種光電材料CsPbBr3的制備方法，該方法合成工藝簡單，所用原料價格較低廉，適宜于批量生產(chǎn)。
[0005]—種光電材料CsPbBr3的制備方法，將含有Pb2+的HBr水溶液與含有Cs+的HBr水溶液經(jīng)溶液法反應(yīng)得到沉淀物，將沉淀物洗滌干燥處理后即得光電材料CsPbBr3。
[0006]進一步的，所述的Cs2+與Pb2+的摩爾比為(2?10):1。
[0007]具體的，所述的溶液法的反應(yīng)溫度為30?50°C，溶液法的反應(yīng)時間為I?10h。
[0008]更具體的，所述的沉淀物用無水乙醇或無水乙醚洗滌。
[0009]再具體的，所述的洗滌后的沉淀物在30?60°C下真空干燥處理。
[0010]另外，配置含有Pb2+的HBr水溶液時所用的原料為Pb(CH3COO)2或者Pb(N03)2，其中Pb2+與HBr的摩爾比為1: (2?15)。
[0011 ]具體的，配置含有Pb2+的HBr水溶液的溫度為20?50°C。
[0012]還有，配置含有Cs+的HBr水溶液時所用的原料為CsBr，其中CsBr/UO/HBr的摩爾比為1:(1?20):(1?20)。
[0013]具體的，配置含有Cs+的HBr水溶液的溫度為20?50°C。
[0014]本發(fā)明提供的制備光電材料CsPbBr3的方法，具有以下優(yōu)點:
[0015](I)本發(fā)明通過控制Cs+與Pb2+的比例，可以防止最終產(chǎn)物CsPbBr3在水溶液中轉(zhuǎn)變?yōu)镃sPb2Br5，從而克服了 CsPbBr3在有水環(huán)境下的不穩(wěn)定問題，可以在水溶液中制備出單相的CsPbBr3t3該方法制備工藝簡單，所用原料價格低廉，最終產(chǎn)物純度高，能夠批量化生產(chǎn)CsPbBrs ；
[0016](2)本發(fā)明的制備原料簡單易得，本發(fā)明優(yōu)選的制備方法是將Pb (CH3COO) 2在30 °C下溶解于HBr溶液中，其中Pb(CH3COO)2中的Pb2+與HBr的摩爾比為1:(2?15);將CsBr在30°C下溶解于HBr溶液中，CsBr/H20/HBr的摩爾比為1: (I?20): (I?20);將得到的兩種溶液按照Cs2+與Pb2+的摩爾比為(2?5):1混合，在40°C下反應(yīng)Ih后得到CsPbBr3沉淀，然后濾出CsPbBr3沉淀，將其用無水乙醇洗滌后，在溫度為50°C的真空烘箱中進行干燥處理，最后得到CsPbBn。
【附圖說明】
[0017]圖1為實施例一中所制備CsPbBr3的X射線衍射圖譜；
[0018]圖2為實施例一中所制備CsPbBr3的UV-Vis吸收光譜；
[0019]圖3為實施例二中所制備CsPbBr3的X射線衍射圖譜；
[0020]圖4為對比例一中所制備樣品的X射線衍射圖譜；
[0021]圖5為對比例二中所制備樣品的X射線衍射圖譜；
[0022]以下結(jié)合說明書附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做具體說明。
【具體實施方式】
[0023]在研究過程中發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整水溶液的離子強度，可以抑制CsPbBr3在水中的不穩(wěn)定性問題，基于這個發(fā)現(xiàn)，發(fā)明人開發(fā)了簡單的溶液法來制備CsPbBn。本發(fā)明通過調(diào)整水溶液的離子強度，克服了 CsPbBr3在有水環(huán)境下的不穩(wěn)定問題，從而可以在水溶液中制備出單相的CsPbBnM料。該制備方法工藝簡單，所用原料價格低廉，適合批量化生產(chǎn)。
[0024]本發(fā)明制備CsPbBr3的方法是將Pb(CH3COO)2或者Pb(NO3)2在一定溫度下溶解于HBr水溶液中。然后在其中加入CsBr和HBr的混合溶液，在一定溫度下反應(yīng)得到CsPbBr3沉淀，然后濾出CsPbBr3沉淀，用無水乙醇反復(fù)洗滌后，在真空條件下進行干燥處理，最終得到CsPbBn。具體的制備光電材料CsPbBn的方法，包括以下步驟:
[0025]I)將Pb (CH3COO) 2或Pb (NO3) 2加入到HBr溶液中，其中Pb2+的與HBr的摩爾比為1:(2?15)，然后在20?500C下溶解，得到澄清溶液A;
[0026]2)將CsBr加入到HBr溶液中，CsBr/H20/HBr的摩爾比為1: (I?20): (I?20)，在20
?50 0C下溶解，得到澄清溶液B;
[0027]3)將步驟2)得到的澄清溶液B與步驟I)得到的澄清溶液A混合，Cs+與Pb2+的摩爾比為(2?10):1，在30?50 °C下反應(yīng)I?1h，得到橙紅色的沉淀；
[0028]4)將步驟3)得到的沉淀過濾，用無水乙醇或無水乙醚洗滌，在30?60°C下真空干燥，最終得到CsPbBr3粉末；
[0029]步驟I)中HBr溶液的質(zhì)量百分濃度為48%。
[0030]以下是本發(fā)明的實施例。
[0031]實施例一:
[0032]首先，將0.758gPb(CH3COO)2在30°C下溶解于8mL的HBr溶液中；將0.851g CsBr在30°C下溶解于由4mL H2O和8mL HBr溶液組成的混合溶液中。將配置好的兩種溶液混合，其中Cs+與Pb2+的摩爾比為2:1，在40 °C下反應(yīng)Ih后得到橙紅色CsPbBr3沉淀，將沉淀過濾后用無水乙醇反復(fù)洗滌3次，再將洗滌產(chǎn)物置入真空烘箱中，在50°C下干燥3h，得到CsPbBr3。
[0033]本實施例中提到的HBr溶液的質(zhì)量百分濃度為48%。
[0034]圖1為所制備CsPbBr3的X射線衍射圖譜。所有的衍射峰均對應(yīng)于CsPbBr3的標(biāo)準(zhǔn)XRD圖譜，說明純度高，無雜相。
[0035]圖2為所制備CsPbBr3的UV-Vis吸收光譜，由圖2可以計算出，所制備CsPbBr3的禁帶寬度為2.23eV，進一步證明了所制備的樣品為單相的CsPbBr3半導(dǎo)體材料。由于其高純度及優(yōu)良的光電性能，所制備的CsPbBr3可作為制備光電器件以及光伏器件的吸光材料。
[0036]實施例二:
[0037]首先，將0.758g?13(013(:00)2在40°(:下溶解于811^的冊1溶液中；將2.5538 CsBr在30°C下溶解于由12mL H2O和12mL HBr溶液組成的混合溶液中。將配置好的兩種溶液混合，其中Cs+與Pb2+的摩爾比為6:1，在40 °C下反應(yīng)Ih后得到橙紅色CsPbBr3沉淀，將沉淀過濾后用無水乙醇反復(fù)洗滌3次，再將洗滌產(chǎn)物置入真空烘箱中，在60 V下干燥2h，得到CsPbBr3。
[0038]本實施例中提到的HBr溶液的質(zhì)量百分濃度為48%。
[0039]圖3為實施例二所制備CsPbBr3的X射線衍射圖譜。所有的衍射峰均對應(yīng)于CsPbBr3的標(biāo)準(zhǔn)XRD圖譜，說明純度高，無雜相。
[0040]采用本發(fā)明所提出的方法來制備CsPbBr3時，必須精確控制混合溶液中Cs2+與Pb2+的摩爾比為(2?10):1。如果Cs2+與Pb2+的摩爾比過高時，最終產(chǎn)物仍然為單相CsPbBr3,但是會損耗初始原料CsBr，造成浪費；如果Cs2+與Pb2+的摩爾比過低時，會由于溶液中離子強度的變化，導(dǎo)致反應(yīng)生成的CsPbBr3部分轉(zhuǎn)變?yōu)镃sPb2Br5，甚至完全轉(zhuǎn)變?yōu)镃sPb2Br5。
[0041]以下將以兩個對比例做具體說明。
[0042]對比例一:
[0043]首先，將0.758g?13(0130)0)2在30°(:下溶解于811^ HBr溶液中。將0.425g CsBr在30°C下溶解于由4mL H2O和8mL HBr水溶液組成的混合溶液中。將配置好的兩種溶液混合，其中Cs+與Pb2+的摩爾比為1:1，在40°C下反應(yīng)Ih后得到沉淀，將沉淀過濾后用無水乙醇反復(fù)洗滌多次，再將洗滌產(chǎn)物置入真空烘箱中，在50°C下干燥3h，得到最終產(chǎn)物。
[0044]本實施例中提到的HBr溶液的質(zhì)量百分濃度為48%。
[0045]圖4為對比例一所制備產(chǎn)物的X射線衍射圖譜?？梢钥闯觯a(chǎn)物中除了CsPbBr3外，還有CsPb2Br5存在，說明樣品不純，部分CsPbBr3轉(zhuǎn)變?yōu)镃sPb2Br5t3這是因為當(dāng)前驅(qū)體溶液中Cs+與Pb2+的摩爾比低于2:1時，由于溶液離子強度的降低，導(dǎo)致CsPbBr3與水反應(yīng)而生成CsPb2Bn0
[0046]對比例二:
[0047]首先，將0.379g?13(0130)0)2在30°(:下溶解于611^ HBr溶液中。將0.425g CsBr在30°C下溶解于由4mL H2O和8mL HBr水溶液組成的混合溶液中。將配置好的兩種溶液混合，其中Cs+與Pb2+的摩爾比為1:2，在40°C下反應(yīng)Ih后得到沉淀，將沉淀過濾后用無水乙醇反復(fù)洗滌多次，再將洗滌產(chǎn)物置入真空烘箱中，在50°C下干燥3h，得到最終產(chǎn)物。
[0048]本實施例中提到的HBr溶液的質(zhì)量百分濃度為48%。
[0049]圖5為對比例二所制備產(chǎn)物的X射線衍射圖譜。可以看出，產(chǎn)物中包括CsPbBr3和CsPb2Br5兩相，說明樣品不純，部分CsPbBn轉(zhuǎn)變?yōu)镃sPb2Br5。
【主權(quán)項】
1.一種光電材料CsPbBr3的制備方法，其特征在于，將含有Pb2+的HBr水溶液與含有Cs+的HBr水溶液經(jīng)溶液法反應(yīng)得到沉淀物，將沉淀物洗滌干燥處理后即得光電材料CsPbBr3。2.如權(quán)利要求1所述的光電材料CsPbBr3的制備方法，其特征在于，所述的Cs2+與Pb2+的摩爾比為(2?10):1。3.如權(quán)利要求1或2所述的光電材料CsPbBr3的制備方法，其特征在于，所述的溶液法的反應(yīng)溫度為30?50 0C，溶液法的反應(yīng)時間為I?I Oh。4.如權(quán)利要求1或2所述的光電材料CsPbBn的制備方法，其特征在于，所述的沉淀物用無水乙醇或無水乙醚洗滌。5.如權(quán)利要求1或2所述的光電材料CsPbBr3的制備方法，其特征在于，所述的洗滌后的沉淀物在30?60 °C下真空干燥處理。6.如權(quán)利要求1或2所述的光電材料CsPbBr3的制備方法，其特征在于，配置含有Pb2+的HBr水溶液時所用的原料為PMCH3⑶0)2或者Pb(NO3)2,其中Pb2+與HBr的摩爾比為1: (2?15)。7.如權(quán)利要求6所述的光電材料CsPbBr3的制備方法，其特征在于，配置含有Pb2+的HBr水溶液的溫度為20?50°C。8.如權(quán)利要求1或2所述的光電材料CsPbBr3的制備方法，其特征在于，配置含有Cs+的HBr水溶液時所用的原料為CsBr，其中CsBr/H20/HBr的摩爾比為1: (I?20): (I?20)。9.如權(quán)利要求8所述的光電材料CsPbBr3的制備方法，其特征在于，配置含有Cs+的HBr水溶液的溫度為20?50 °C。
【文檔編號】C01G19/00GK105883905SQ201610217377
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】蘇興華, 白鴿, 張靜, 周杰, 包吉明, 王振軍, 趙鵬
【申請人】長安大學(xué)