CN109385268A - 一种有机无机杂化钙钛矿量子点的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机无机杂化钙钛矿量子点的合成方法,步骤是:1)配置质量体积比为0.0146g/mL的溴化铅的DMF溶液;2)加入溴化铯和甲胺氢溴酸盐;3)然后,加入油胺和油酸,其中,油胺与溶液的体积百分比为5%,油胺和油酸的体积比为1:2,封住容器口,超声清洗;4)用机系一次性针头过滤器过滤。5)配制质量体积比为0.1g/ml的乙烯‑醋酸乙烯共聚物的甲苯溶液;6)该甲苯溶液剧烈搅拌5min,转速为1500r/ppm,加入4)制得的溶液,溶液变色得量子点,再搅拌5min;7)将石英片加热后将上述含有量子点的液体缓慢滴到石英片上,成膜后常温退火。本发明可以使用微量反应原料并利用甲苯溶剂挥发成膜合成固体发光的量子点。
Description
技术领域
本发明涉及固体发光纳米材料技术领域,具体涉及一种有机无机钙钛矿量子点的合成方法。
背景技术
自2009年用于太阳能电池后,有机-无机杂化钙钛矿材料由于其优异的光电特性,成本低廉,制备工艺简单,能带连续可调等一系列优势,受到了研究者的广泛关注。尤其在太阳能电池领域,由于出色的吸收特性,较低的缺陷态密度,优异的载流子扩散距离,钙钛矿材料在光电器件领域取得了长足的进步。其中3D有机-无机杂化钙钛矿材料因其在光电领域上的成功应用引起了科研界和工业界的广泛关注,特别是在光伏领域上,基于该材料的太阳能电池的光电转换效率在短短几年之内迅速地从3.8%上升到超过23%,取得了令人瞩目的发展。然而3D钙钛矿材料的长期稳定性相对较差,同时其所包含的铅原料具有毒性,该材料的进一步产业化应用受到了限制。与易降解的3D钙钛矿材料相比较,低维钙钛矿材料能在相对更苛刻的条件下保持长期稳定性,并可以使用毒性较低的其它金属原料代替有毒的铅原料。同时与传统的量子点相比,钙钛矿量子点具有较大的优势。
发明内容
针对现有技术,本发明提出一种有机无机杂化钙钛矿量子点的合成方法,可以使用微量反应原料并利用甲苯溶剂挥发成膜合成固体发光的量子点,在一般实验室即可实施,没有涉及高成本的装置。
为了解决上述的技术问题,本发明提出一种有机无机杂化钙钛矿量子点的合成方法,包括以下步骤:
步骤一、将溴化铅溶于N,N-二甲基甲酰胺中,配置质量体积比为0.0146g/mL的溴化铅的N,N-二甲基甲酰胺溶液,记为溶液A;
步骤二、向溶液A中加入溴化铯和甲胺氢溴酸盐中的一种或两种,得到溶液B,其中,加入溴化铯与甲胺氢溴酸盐的物质的量之和与溶液A中溴化铅的物质的量相同;
步骤三、加入表面配体修饰钝化缺陷:向溶液B中加入油胺和油酸,所得溶液记为溶液C,其中,油胺与溶液B的体积百分比为5%,油胺和油酸的体积比为1:2;用薄膜封住容器口,在超声清洗器中超声8-10min;将溶液C用可通过分子粒径为0.22um的有机系一次性针头过滤器过滤,过滤后溶液记为溶液D;
步骤五、将乙烯-醋酸乙烯共聚物溶于甲苯中,配制质量体积比为0.1g/ml的乙烯-醋酸乙烯共聚物的甲苯溶液,记为溶液E;
步骤六、取适量的溶液E以转速为1500r/ppm剧烈搅拌5min,在转速为1500r/ppm下加入溶液D,溶液D与溶液E的体积比为3:200;发现溶液变色,得到量子点,继续搅拌5min后停止搅拌,将得到的含有量子点的液体物记为F;
步骤七、成膜:将洁净的石英片置于加热台,40℃加热2-3min,用移液枪将溶液F缓慢滴到该石英片上,保持40℃加热使甲苯挥发从而成膜,成膜后常温退火,从而合成固体发光的钙钛矿量子点。
将所得钙钛矿量子点放置于暗箱中,用365nm紫外灯照射,该钙钛矿量子点发光。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明通过使用成本低搭建简单的反应装置合成固体发光的量子点,可操性很强,在大多数实验室均可进行;
(2)本发明所述合成方法使用微量反应原料利用甲苯溶剂挥发后溶质(即量子点和乙烯-醋酸乙烯共聚物)固化成膜,膜对量子点有保护作用,在空气中有一定的稳定性;本发明合成的量子点发光,,可用于光电领域;
(3)本发明成功的合成了固体发光的量子点,为量子点成膜技术提供了一定的参考价值。
附图说明
图1是对比例1中不含量子点的样品的红外图;
图2是对比例1和实施例2、3合成所得膜样品的XRD图;
图3-1至图3-6分别是本发明合成所得钙钛矿量子点稳态荧光发射图,其中:
图3-1是实施例1获得的MAPbBr3量子点稳态荧光发射图;
图3-2是实施例2获得的MA0.8Cs0.2PbBr3量子点稳态荧光发射图;
图3-3是实施例3获得的MA0.6Cs0.4PbBr3量子点稳态荧光发射图;
图3-4是实施例4获得的MA0.4Cs0.6PbBr3量子点稳态荧光发射图;
图3-5是实施例5获得的MA0.2Cs0.8PbBr3量子点稳态荧光发射图;
图3-6是实施例6获得的CsPbBr3量子点稳态荧光发射图;
图4-1是实施例4合成的MA0.4Cs0.6PbBr3量子点在355nm激发,在检测波长为480nm处的瞬态荧光发射图;
图4-2是实施例4合成的MA0.4Cs0.6PbBr3量子点在355nm激发,在检测波长为525处的瞬态荧光发射图;
图4-3是实施例5合成的MA0.2Cs0.8PbBr3量子点在355nm激发,在检测波长为475nm处的瞬态荧光发射图;
图4-4是实施例5合成的MA0.2Cs0.8PbBr3量子点在355nm激发,在检测波长为520nm处的瞬态荧光发射图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述,所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明,并不用以限制本发明。
本发明提出的一种有机无机杂化钙钛矿量子点的合成方法的设计思路是:通过相对简单的反应装置,在一般实验室中即可实施使用微量反应原料合成固体发光的量子点,为量子点成膜方面提供一种低成本、可操作性强的方法参考。将本发明合成得到的钙钛矿量子点成膜放置于暗箱中,用365nm紫外灯照射,其发出耀眼的光。
实施例1:一种有机无机杂化钙钛矿量子点MAPbBr3的合成,包括以下步骤:
步骤一、将溴化铅(PbBr2)溶于2ml DMF(N,N-二甲基甲酰胺)中,配置质量体积比为0.0146g/mL的溴化铅的DMF溶液,记为溶液A。
步骤二、向溶液A中加入甲胺氢溴酸盐MABr得到质量体积比为4.45mg/ml溶液B。
步骤三、向溶液B中加入一定体积比的油胺和油酸,其中,加入油胺的体积100ul,那么加入油酸的体积为200ul,此时得到溶液C。用薄膜封住容器口,在超声清洗器中超声10min。
步骤四、将溶液C用有机系一次性针头过滤器过滤(0.22um),得到溶液D。
步骤五、将乙烯-醋酸乙烯共聚物溶于甲苯中,配制质量体积比为0.1g/ml的乙烯-醋酸乙烯共聚物的甲苯溶液,记为溶液E。
步骤六、取2ml溶液E剧烈搅拌5min,在转速为1500r/ppm搅拌下加入30ul的溶液D,发现溶液变色,即溶液中形成有量子点MAPbBr3,继续搅拌5min后停止搅拌,将得到的含有量子点的液体物记为F。
步骤七、将洁净的石英片(2.5cm*2.5cm*1mm)置于加热台,40℃加热2-3min。用移液枪取一定量的F缓慢滴到石英片上,保持40℃加热使甲苯挥发从而成膜,成膜后常温退火,从而得到量子点MAPbBr3的膜,即合成得到固体发光的钙钛矿量子点。
对比例1:将乙烯-醋酸乙烯共聚物溶于甲苯中,配制质量体积比为0.1g/ml的乙烯-醋酸乙烯共聚物的甲苯溶液,取2ml该溶液剧烈搅拌5min,搅拌5min后停止搅拌。将洁净的石英片(2.5cm*2.5cm*1mm)置于加热台,40℃加热2-3min。用移液枪取一定量的上述溶液缓慢滴到石英片上,保持40℃加热使甲苯挥发从而成膜,成膜后常温退火,制成得到不含量子点的底物膜。图1是该底物膜样品的红外图。
实施例2:将PbBr2溶于2ml DMF(N,N-二甲基甲酰胺)中,配置质量体积比为0.0146g/mL的溴化铅的DMF溶液,记为溶液A。向溶液A中加入MABr和溴化铯CsBr,摩尔比为4:1,得到溶液B(溶液B中MABr的质量体积比为3.55mg/ml,CsBr的质量体积比为1.7mg/ml)。其余步骤同实施例1,最后得到量子点MA0.8Cs0.2PbBr3的膜。
实施例3:将PbBr2溶于2ml DMF(N,N-二甲基甲酰胺)中,配置质量体积比为0.0146g/mL的溴化铅的DMF溶液,记为溶液A。向溶液A中加入MABr和CsBr,摩尔比为3:2,得到溶液B(溶液B中MABr的质量体积比为2.65mg/ml,CsBr的质量体积比为3.4mg/ml)。其余步骤同实施例1,最后得到量子点MA0.6Cs0.4PbBr3的膜。
实施例4:将PbBr2溶于2ml DMF(N,N-二甲基甲酰胺)中,配置质量体积比为0.0146g/mL的溴化铅的DMF溶液,记为溶液A。向溶液A中加入MABr和CsBr,摩尔比为2:3,得到溶液B(溶液B中MABr的质量体积比为1.75mg/ml,CsBr的质量体积比为5.1mg/ml)。其余步骤同实施例1,最后得到量子点MA0.4Cs0.6PbBr3的膜。
实施例5:将PbBr2溶于2ml DMF(N,N-二甲基甲酰胺)中,配置质量体积比为0.0146g/mL的溴化铅的DMF溶液,记为溶液A。向溶液A中加入MABr和CsBr,摩尔比为1:4,得到溶液B(溶液B中MABr的质量体积比为0.89mg/ml,CsBr的质量体积比为6.8mg/ml)。其余步骤同实施例1,最后得到量子点MA0.2Cs0.8PbBr3的膜。
实施例6:将PbBr2溶于2ml DMF(N,N-二甲基甲酰胺)中,配置质量体积比为0.0146g/mL的溴化铅的DMF溶液,记为溶液A。向溶液A中加入CsBr得到质量体积比为8.5mg/ml的溶液B。其余步骤同实施例1,最后得到量子点CsPbBr3的膜。
如图2所示,对比例、实施例2以及实施例3所得成膜样品进行XRD测试,由于膜中量子点少,量子点的峰被掩盖,所以只能显示底物膜的衍射,表现为所测所有样品的XRD图峰形一样,只是强度有所改变。
实施例1-6所得成膜样品进行稳态光谱测试:取为两片干净的石英片进行基线校正,并用其中一片为参比。将滴涂在石英片已成膜的样品放在测试位置,进行测试。激发波长为365nm,测试范围从420-600nm。如图3-1至图3-6所示,图3-1是实施例1获得的MAPbBr3量子点稳态荧光发射图;图3-2是实施例2获得的MA0.8Cs0.2PbBr3量子点稳态荧光发射图;图3-3是实施例3获得的MA0.6Cs0.4PbBr3量子点稳态荧光发射图;图3-4是实施例4获得的MA0.4Cs0.6PbBr3量子点稳态荧光发射图;图3-5是实施例5获得的MA0.2Cs0.8PbBr3量子点稳态荧光发射图;图3-6是实施例6获得的CsPbBr3量子点稳态荧光发射图。
上述实施例1-6所得成膜样品进行时间分辨纳秒超快光谱测试。激发波长为355nm。入射狭缝和出射狭缝均设置为0.5mm。检测波长以及拟合数据如表1所示。图4-1、图4-2、图4-3和图4-4仅给出实施例5和实施例6的瞬态荧光发射图,其它略。
表1
综上,本发明合成的量子点荧光发射在530nm左右的寿命较长;在480nm左右的发射的寿命短,如实施例3合成得到的MA0.6Cs0.4PbBr3量子点在488nm处数据拟合是得不到收敛。其中,实施例5合成得到的MA0.2Cs0.8PbBr3量子点稳态荧光发射在521nm处绝对荧光强度达5000,且通过时间分辨纳秒超快光谱实验及双指数拟合处理,该量子点在521nm处,有两个过程,一个快过程和一个慢过程。在本发明中,油胺和油酸作为表面配体修饰钝化缺陷,乙烯-醋酸乙烯共聚物是将合成量子点固化在膜中,膜的形成对量子点在空气中的稳定性起到一定作用。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨的情况下,还可以做出很多变形,这些均属于本发明的保护之内。
Claims (2)
1.一种有机无机杂化钙钛矿量子点的合成方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、将溴化铅溶于N,N-二甲基甲酰胺中,配置质量体积比为0.0146g/mL的溴化铅的N,N-二甲基甲酰胺溶液,记为溶液A;
步骤二、向溶液A中加入溴化铯和甲胺氢溴酸盐中的一种或两种,得到溶液B,其中,加入溴化铯与甲胺氢溴酸盐的物质的量之和与溶液A中溴化铅的物质的量相同;
步骤三、加入表面配体修饰钝化缺陷:向溶液B中加入油胺和油酸,所得溶液记为溶液C,其中,油胺与溶液B的体积百分比为5%,油胺和油酸的体积比为1:2;用薄膜封住容器口,在超声清洗器中超声8-10min;将溶液C用可通过分子粒径为0.22um的有机系一次性针头过滤器过滤,过滤后溶液记为溶液D;
步骤五、将乙烯-醋酸乙烯共聚物溶于甲苯中,配制质量体积比为0.1g/ml的乙烯-醋酸乙烯共聚物的甲苯溶液,记为溶液E;
步骤六、取适量的溶液E以转速为1500r/ppm剧烈搅拌5min,在转速为1500r/ppm下加入溶液D,溶液D与溶液E的体积比为3:200;发现溶液变色,得到量子点,继续搅拌5min后停止搅拌,将得到的含有量子点的液体物记为F;
步骤七、成膜:将洁净的石英片置于加热台,40℃加热2-3min,用移液枪将溶液F缓慢滴到该石英片上,保持40℃加热使甲苯挥发从而成膜,成膜后常温退火,从而合成固体发光的钙钛矿量子点。
2.权利要求1或2所述有机无机杂化钙钛矿量子点的合成方法得到的钙钛矿量子点,其特征在于,将所得钙钛矿量子点放置于暗箱中,用365nm紫外灯照射,该钙钛矿量子点发光。
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