CN105883905B - 一种光电材料CsPbBr3的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光电材料CsPbBr3的制备方法,包括将含有Pb2+的HBr水溶液和Cs+的HBr水溶液在一定温度下混合,待反应结束后,将反应产物经过洗涤及真空干燥,最终得到CsPbBr3多晶粉末。本发明通过控制Cs+/Pb2+的摩尔比来调整溶液的离子强度,克服了CsPbBr3在有水环境下的不稳定问题,从而可以在水溶液中制备出单相的CsPbBr3材料。该方法制备工艺简单,所用原料价格低廉,适合批量化生产。
Description
技术领域
本发明属于半导体材料制备工艺技术领域,具体地涉及一种光电材料CsPbBr3的制备方法。
背景技术
CsPbBr3半导体材料是一种新型的光电材料,具有载流子迁移率高、扩散长度长、光吸收能力强、发光效率高以及光稳定性好等优点。由于其良好的光电性能,CsPbBr3的制备及其光电性能研究成为近几年的研究热点。目前,研究者已经采用CsPbBr3制备了太阳能电池,LED,单光子探测器,以及CsPbBr3量子点激光器。CsPbBr3在光电及光伏领域有着潜在的巨大应用价值。
CsPbBr3在有水环境下极不稳定,会迅速和水反应生成CsPb2Br5。因此,常规的制备CsPbBr3材料的方法是在无水条件下进行的。常见的做法是将CsBr和PbBr2分别溶解于DMF、DMSO等有机溶剂中形成溶液,然后将两种溶液混合,从而得到CsPbBr3。这种制备方法工艺简单,但是要用到价格较为昂贵的有机试剂。同时,无水的制备环境具有很大的局限性,限制了CsPbBr3的批量化生产。因此,开发原料价格低廉,且能在水溶液中制备CsPbBr3的方法具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足,本发明的目的是提供一种光电材料CsPbBr3的制备方法,该方法合成工艺简单,所用原料价格较低廉,适宜于 批量生产。
一种光电材料CsPbBr3的制备方法,将含有Pb2+的HBr水溶液与含有Cs+的HBr水溶液经溶液法反应得到沉淀物,将沉淀物洗涤干燥处理后即得光电材料CsPbBr3。
进一步的,所述的Cs2+与Pb2+的摩尔比为(2~10):1。
具体的,所述的溶液法的反应温度为30~50℃,溶液法的反应时间为1~10h。
更具体的,所述的沉淀物用无水乙醇或无水乙醚洗涤。
再具体的,所述的洗涤后的沉淀物在30~60℃下真空干燥处理。
另外,配置含有Pb2+的HBr水溶液时所用的原料为Pb(CH3COO)2或者Pb(NO3)2,其中Pb2+与HBr的摩尔比为1:(2~15)。
具体的,配置含有Pb2+的HBr水溶液的温度为20~50℃。
还有,配置含有Cs+的HBr水溶液时所用的原料为CsBr,其中CsBr/H2O/HBr的摩尔比为1:(1~20):(1~20)。
具体的,配置含有Cs+的HBr水溶液的温度为20~50℃。
本发明提供的制备光电材料CsPbBr3的方法,具有以下优点:
(1)本发明通过控制Cs+与Pb2+的比例,可以防止最终产物CsPbBr3在水溶液中转变为CsPb2Br5,从而克服了CsPbBr3在有水环境下的不稳定问题,可以在水溶液中制备出单相的CsPbBr3。该方法制备工艺简单,所用原料价格低廉,最终产物纯度高,能够批量化生产CsPbBr3;
(2)本发明的制备原料简单易得,本发明优选的制备方法是将Pb(CH3COO)2在30℃下溶解于HBr溶液中,其中Pb(CH3COO)2中的Pb2+与HBr 的摩尔比为1:(2~15);将CsBr在30℃下溶解于HBr溶液中,CsBr/H2O/HBr的摩尔比为1:(1~20):(1~20);将得到的两种溶液按照Cs2+与Pb2+的摩尔比为(2~5):1混合,在40℃下反应1h后得到CsPbBr3沉淀,然后滤出CsPbBr3沉淀,将其用无水乙醇洗涤后,在温度为50℃的真空烘箱中进行干燥处理,最后得到CsPbBr3。
附图说明
图1为实施例一中所制备CsPbBr3的X射线衍射图谱;
图2为实施例一中所制备CsPbBr3的UV-Vis吸收光谱;
图3为实施例二中所制备CsPbBr3的X射线衍射图谱;
图4为对比例一中所制备样品的X射线衍射图谱;
图5为对比例二中所制备样品的X射线衍射图谱;
以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。
具体实施方式
在研究过程中发现,通过调整水溶液的离子强度,可以抑制CsPbBr3在水中的不稳定性问题,基于这个发现,发明人开发了简单的溶液法来制备CsPbBr3。本发明通过调整水溶液的离子强度,克服了CsPbBr3在有水环境下的不稳定问题,从而可以在水溶液中制备出单相的CsPbBr3材料。该制备方法工艺简单,所用原料价格低廉,适合批量化生产。
本发明制备CsPbBr3的方法是将Pb(CH3COO)2或者Pb(NO3)2在一定温度下溶解于HBr水溶液中。然后在其中加入CsBr和HBr的混合溶液,在一定温度下反应得到CsPbBr3沉淀,然后滤出CsPbBr3沉淀,用无水乙醇反复洗涤后,在真空条件下进行干燥处理,最终得到CsPbBr3。具体的制备光电材料 CsPbBr3的方法,包括以下步骤:
1)将Pb(CH3COO)2或Pb(NO3)2加入到HBr溶液中,其中Pb2+的与HBr的摩尔比为1:(2~15),然后在20~50℃下溶解,得到澄清溶液A;
2)将CsBr加入到HBr溶液中,CsBr/H2O/HBr的摩尔比为1:(1~20):(1~20),在20~50℃下溶解,得到澄清溶液B;
3)将步骤2)得到的澄清溶液B与步骤1)得到的澄清溶液A混合,Cs+与Pb2+的摩尔比为(2~10):1,在30~50℃下反应1~10h,得到橙红色的沉淀;
4)将步骤3)得到的沉淀过滤,用无水乙醇或无水乙醚洗涤,在30~60℃下真空干燥,最终得到CsPbBr3粉末;
步骤1)中HBr溶液的质量百分浓度为48%。
以下是本发明的实施例。
实施例一:
首先,将0.758g Pb(CH3COO)2在30℃下溶解于8mL的HBr溶液中;将0.851g CsBr在30℃下溶解于由4mL H2O和8mL HBr溶液组成的混合溶液中。将配置好的两种溶液混合,其中Cs+与Pb2+的摩尔比为2:1,在40℃下反应1h后得到橙红色CsPbBr3沉淀,将沉淀过滤后用无水乙醇反复洗涤3次,再将洗涤产物置入真空烘箱中,在50℃下干燥3h,得到CsPbBr3。
本实施例中提到的HBr溶液的质量百分浓度为48%。
图1为所制备CsPbBr3的X射线衍射图谱。所有的衍射峰均对应于CsPbBr3的标准XRD图谱,说明纯度高,无杂相。
图2为所制备CsPbBr3的UV-Vis吸收光谱,由图2可以计算出,所制备CsPbBr3的禁带宽度为2.23eV,进一步证明了所制备的样品为单相的CsPbBr3半导体材料。由于其高纯度及优良的光电性能,所制备的CsPbBr3可作为制备光电器件以及光伏器件的吸光材料。
实施例二:
首先,将0.758g Pb(CH3COO)2在40℃下溶解于8mL的HBr溶液中;将2.553g CsBr在30℃下溶解于由12mL H2O和12mL HBr溶液组成的混合溶液中。将配置好的两种溶液混合,其中Cs+与Pb2+的摩尔比为6:1,在40℃下反应1h后得到橙红色CsPbBr3沉淀,将沉淀过滤后用无水乙醇反复洗涤3次,再将洗涤产物置入真空烘箱中,在60℃下干燥2h,得到CsPbBr3。
本实施例中提到的HBr溶液的质量百分浓度为48%。
图3为实施例二所制备CsPbBr3的X射线衍射图谱。所有的衍射峰均对应于CsPbBr3的标准XRD图谱,说明纯度高,无杂相。
采用本发明所提出的方法来制备CsPbBr3时,必须精确控制混合溶液中Cs2+与Pb2+的摩尔比为(2~10):1。如果Cs2+与Pb2+的摩尔比过高时,最终产物仍然为单相CsPbBr3,但是会损耗初始原料CsBr,造成浪费;如果Cs2+与Pb2+的摩尔比过低时,会由于溶液中离子强度的变化,导致反应生成的CsPbBr3部分转变为CsPb2Br5,甚至完全转变为CsPb2Br5。
以下将以两个对比例做具体说明。
对比例一:
首先,将0.758g Pb(CH3COO)2在30℃下溶解于8mL HBr溶液中。将0.425g CsBr在30℃下溶解于由4mL H2O和8mL HBr水溶液组成的混合 溶液中。将配置好的两种溶液混合,其中Cs+与Pb2+的摩尔比为1:1,在40℃下反应1h后得到沉淀,将沉淀过滤后用无水乙醇反复洗涤多次,再将洗涤产物置入真空烘箱中,在50℃下干燥3h,得到最终产物。
本实施例中提到的HBr溶液的质量百分浓度为48%。
图4为对比例一所制备产物的X射线衍射图谱。可以看出,产物中除了CsPbBr3外,还有CsPb2Br5存在,说明样品不纯,部分CsPbBr3转变为CsPb2Br5。这是因为当前驱体溶液中Cs+与Pb2+的摩尔比低于2:1时,由于溶液离子强度的降低,导致CsPbBr3与水反应而生成CsPb2Br5。
对比例二:
首先,将0.379g Pb(CH3COO)2在30℃下溶解于6mL HBr溶液中。将0.425g CsBr在30℃下溶解于由4mL H2O和8mL HBr水溶液组成的混合溶液中。将配置好的两种溶液混合,其中Cs+与Pb2+的摩尔比为1:2,在40℃下反应1h后得到沉淀,将沉淀过滤后用无水乙醇反复洗涤多次,再将洗涤产物置入真空烘箱中,在50℃下干燥3h,得到最终产物。
本实施例中提到的HBr溶液的质量百分浓度为48%。
图5为对比例二所制备产物的X射线衍射图谱。可以看出,产物中包括CsPbBr3和CsPb2Br5两相,说明样品不纯,部分CsPbBr3转变为CsPb2Br5。
Claims (6)
1.一种光电材料CsPbBr3的制备方法,其特征在于,将含有Pb2+的HBr水溶液与含有Cs+的HBr水溶液经溶液法反应得到沉淀物,将沉淀物洗涤干燥处理后即得光电材料CsPbBr3;
所述的Cs2+与Pb2+的摩尔比为(2~10):1;
所述的溶液法的反应温度为30~50℃,溶液法的反应时间为1~10h;
所述的沉淀物用无水乙醚洗涤。
2.如权利要求1所述的光电材料CsPbBr3的制备方法,其特征在于,所述的洗涤后的沉淀物在30~60℃下真空干燥处理。
3.如权利要求1所述的光电材料CsPbBr3的制备方法,其特征在于,配置含有Pb2+的HBr水溶液时所用的原料为Pb(CH3COO)2或者Pb(NO3)2,其中Pb2+与HBr的摩尔比为1:(2~15)。
4.如权利要求3所述的光电材料CsPbBr3的制备方法,其特征在于,配置含有Pb2+的HBr水溶液的温度为20~50℃。
5.如权利要求1所述的光电材料CsPbBr3的制备方法,其特征在于,配置含有Cs+的HBr水溶液时所用的原料为CsBr,其中CsBr/H2O/HBr的摩尔比为1:(1~20):(1~20)。
6.如权利要求5所述的光电材料CsPbBr3的制备方法,其特征在于,配置含有Cs+的HBr水溶液的温度为20~50℃。
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