CN109980101A - 一种纳米材料及其制备方法、光电器件 - Google Patents

一种纳米材料及其制备方法、光电器件 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种纳米材料及其制备方法、光电器件,其中,所述纳米材料包括球形碳以及镶嵌在球形碳表面的MoS2纳米片。通过多糖模板表面丰富的羟基和糖苷键对MoS2纳米晶进行包裹,从而限制了MoS2纳米晶在c方向的生长趋势,制得超薄MoS2纳米片并使所述MoS2纳米片的界面活性位充分暴露,提高了空穴传输效率,同时碳杂化结构有效提高了载流子的迁移效率;将所述纳米材料作为空穴传输层,MoS2界面活性位与碳杂化结构的协同作用,提高了光电器件发光效率和性能。

Description

一种纳米材料及其制备方法、光电器件
技术领域
本发明涉及光电器件领域,尤其涉及一种纳米材料及其制备方法、光电器件。
背景技术
在目前的量子点发光二极管中,ITO通常用来作为透明电极,而PEDOT:PSS通常用来修饰ITO表面作为阳极缓冲层,但是 PEDOT:PSS 本身的酸性会导致量子点发光二管的性能衰减。为了解决这个问题,有人开始研发新的阳极缓冲层去替代 PEDOT:PSS。其中过渡金属氧化物(WO3,MoO3,NiO,Cu2O,ReO3和V2O5)在很多量子点发光二极管中被用作阳极缓冲层,并取得不错的性能。
过渡金属氧化物通常具有较深的电子能级态以及较佳的空穴注入效率,然而过渡金属氧化物在制备过程中存在蒸镀温度高、难以规模化生产等问题,因此寻找一种制备工艺简单且空穴注入效率更高的阳极修饰材料具有重要意义。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种纳米材料及其制备方法、光电器件,旨在解决现有阳极修饰材料空穴注入效率较低以及制备工艺复杂、成本较高的问题。
本发明的技术方案如下:
一种纳米材料,其中,包括球形碳以及镶嵌在球形碳表面的MoS2纳米片。
所述的杂化纳米结构,其中,所述球形碳与MoS2纳米片的质量比为1:0.1-0.4。
一种纳米材料的制备方法,其中,包括步骤:
将单糖、钼源和硫源溶解于水中,保温进行水热反应,制得多糖-二硫化钼前驱体;
在惰性气氛下,对所述多糖-二硫化钼前驱体进行干燥焙烧处理,制得球形碳-二硫化钼纳米片纳米材料。
所述的纳米材料的制备方法,其中,所述单糖为葡萄糖、果糖、核糖、半乳糖、戊糖和己糖中的一种或多种。
所述的纳米材料的制备方法,其中,所述钼源为钼酸钠、钼酸胺、钼酸钾和钼酸镁中的一种或多种。
所述的纳米材料的制备方法,其中,所述硫源为硫脲、多硫化钠、硫代乙酰胺和硫化胺中的一种或多种。
所述的纳米材料的制备方法,其中,所述惰性气氛为氮气、氩气、氦气和氖气中的一种或多种。
所述的纳米材料的制备方法,其中,所述水热反应温度为180-220oC,水热反应时间为20-28h。
所述的纳米材料的制备方法,其中,所述焙烧处理温度为750-850 oC,焙烧处理时间为4-6h。
一种光电器件,包括第一电极、空穴传输层、发光层以及第二电极,其中,所述空穴传输层的材料为所述的纳米材料, 或所述空穴传输层的材料为所述方法制备的纳米材料。
有益效果:本发明通过原位模板法制备的纳米材料包括球形碳以及镶嵌在球形碳表面的MoS2纳米片。通过多糖模板表面丰富的羟基和糖苷键对MoS2纳米晶进行包裹,从而限制了MoS2纳米晶在c方向的生长趋势,制得超薄MoS2纳米片并使所述MoS2纳米片的界面活性位充分暴露,提高了空穴传输效率,同时碳杂化结构有效提高了载流子的迁移效率;将所述纳米材料作为空穴传输层,MoS2界面活性位与碳杂化结构的协同作用,提高了光电器件发光效率和性能。
附图说明
图1为本发明一种封装薄膜的制备方法较佳实施例的流程图。
图2为本发明一种光电器件较佳实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种纳米材料及其制备方法、光电器件,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明中,球形碳-二硫化钼纳米片指的是MoS2纳米片镶嵌在球形碳结构上形成的纳米材料。
本发明中,多糖-二硫化钼前驱体指的是多糖包裹在二硫化钼前驱体上,形成的中间体。
请参阅图1,图1为本发明提供的一种纳米材料的制备方法较佳实施例的流程图,如图所示,包括步骤:
S10、将单糖、钼源和硫源溶解于水中,保温进行水热反应,制得多糖-二硫化钼前驱体;
S20、在惰性气氛下,对所述多糖-二硫化钼前驱体进行干燥焙烧处理,制得球形碳-二硫化钼纳米片纳米材料。
在本实施方式中,所述单糖在水热条件下脱水缩聚成多糖模板,利用多糖原位模板的空间限域作用,可有效限制MoS2纳米片在晶体c方向的生长,从而生成超薄 MoS2纳米片。
具体来讲,所述钼源与硫源在水热条件下生成MoS2纳米晶并分布在多糖模板上,所述多糖模板表面丰富的羟基和糖苷键对MoS2纳米晶具有强烈的相互作用,通过对MoS2纳米晶进行包裹限制了MoS2纳米晶在c方向的生长趋势,从而形成了多糖-二硫化钼前驱体。通过对所述多糖-二硫化钼前驱体进行进一步的高温碳化处理,即可获得碳-二硫化钼纳米材料。
二硫化钼作为二维过渡金属硫化物层状纳米材料中最具代表性的材料,因其具有独特的微观结构、可调控的能带系(1.13 eV~1.87 eV)以及较高的载流子迁移率特点,使其既能弥补石墨烯零带隙的不足,也能克服层状黑磷载流子迁移率低的缺点,是理想的空穴传输材料。本发明通过原位模板法合成超薄球形碳-二硫化钼纳米片(MoS2/C)纳米材料,使得MoS2的界面活性位充分暴露,可提高空穴传输效率,同时碳杂化结构可以提高载流子的迁移效率。所述球形碳-二硫化钼纳米材料作为空穴传输层,通过MoS2界面活性位与碳杂化结构的协同作用,可有效提高光电器件的发光效率和性能。
优选地,在一种实施方式中,所述单糖为葡萄糖、果糖、核糖、半乳糖、戊糖和己糖中的一种或多种,但不限于此。
优选地,所述钼源为钼酸钠、钼酸胺、钼酸钾和钼酸镁中的一种或多种,但不限于此。
优选地,所述硫源为硫脲、多硫化钠、硫代乙酰胺和硫化胺中的一种或多种,但不限于此。
优选地,所述惰性气氛为氮气、氩气、氦气和氖气中的一种或多种。
在一种实施方式中,将单糖、钼源和硫源溶解于水中,在180-220oC的温度条件下反应20-28h,制得多糖-二硫化钼前驱体。
进一步地,在750-850 oC的温度条件下对所述多糖-二硫化钼前驱体焙烧4-6h,使所述多糖碳化,制得碳-二硫化钼纳米材料。
本发明所制备的碳-二硫化钼纳米材料主要用于制备光电器件的空穴传输层,在制备空穴传输层时,需要将所述碳-二硫化钼纳米材料溶解于有机溶剂中,形成碳-二硫化钼杂化纳米溶液,将所述碳-二硫化钼杂化纳米溶液沉积到基片上,形成空穴传输层。
优选地,所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N-乙基吡咯烷酮(NVP)、二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)、异丙醇(IPA)和丙酮中的一种或多种,但不限于此。
进一步地,本发明还提供一种纳米材料,其中,包括球形碳以及镶嵌在球形碳表面的MoS2纳米片。
优选地,所述球形碳与所述MoS2纳米片的质量比为1:0.1-0.4。当MoS2的含量过低时,则只观察到MoS2以点状分布在多糖小球上,随着MoS2含量的增加,MoS2逐渐形成纳米片状结构并镶嵌在多糖小球表面,制得的纳米材料结构规整,其空穴传输效率高;当MoS2的含量过高时,则MoS2自身的团聚十分明显,制得的纳米材料趋向于无序,其空穴传输效率低。
本发明还提供一种光电器件,包括第一电极、空穴传输层、发光层以及第二电极,所述空穴传输层的材料为所述纳米材料, 或所述空穴传输层的材料为所述方法制备的纳米材料。
在一种具体实施方式中,如图2所示,所述光电器件依次包括衬底10、阳极20、空穴传输层30、量子点发光层40、电子传输层50以及阴极60,其中,所述空穴传输层材料为纳米材料,所述纳米材料包括球形碳以及镶嵌在球形碳表面的MoS2纳米片。
下面通过具体实施例对本发明一种纳米材料的制备方法及其应用做详细说明:
实施例1
1、纳米材料的制备方法包括步骤:
1)、将1g葡萄糖、0.1g钼酸胺和0.25g硫化胺溶解到20ml水中;
2)、待葡萄糖、钼酸胺和硫化胺完全溶解后转移至水热反应釜中,在200oC下反应24h,冷却洗涤(水洗涤2次,无水乙醇洗涤1次),然后在50oC下干燥,制备出MoS2/多糖前驱体;
3)、将MoS2/多糖前驱体在Ar气氛下加热到800oC焙烧5h,制得碳-二硫化钼纳米材料。
2、纳米材料的应用:
1)、将所述碳-二硫化钼纳米材料溶解于10ml NMP中,超声分散,形成约0.8M~1M的碳-二硫化钼杂化纳米溶液;
2)、将所述碳-二硫化钼杂化纳米溶液旋涂到ITO基片上,在200-300 oC退火成膜生成空穴传输层;
3)、在所述空穴传输层上依次沉积量子点发光层和阴极,制得光电器件。
实施例2
1、纳米材料的制备方法包括步骤:
1)、将1g果糖、0.1g钼酸钠和0.25g硫脲溶解到20ml水中;
2)、待果糖、钼酸钠和硫脲完全溶解后转移至水热反应釜中,在220oC下反应26h,冷却洗涤(水洗涤2次,无水乙醇洗涤1次),然后在50oC下干燥,制备出MoS2/多糖前驱体;
3)、将MoS2/多糖前驱体在Ar气氛下加热到850C焙烧4h,制得碳-二硫化钼纳米材料。
2、纳米材料的应用:
1)、将所述碳-二硫化钼纳米材料溶解于10ml DMSO中,超声分散,形成约0.8M~1M的碳-二硫化钼杂化纳米溶液;
2)、将所述碳-二硫化钼杂化纳米溶液旋涂到ITO基片上,在200-300 oC退火成膜生成空穴传输层;
3)、在所述空穴传输层上依次沉积量子点发光层和阴极,制得光电器件。
实施例3
1、纳米材料的制备方法包括步骤:
1)、将1g戊糖、0.1g钼酸钾和0.25g硫代乙酰胺溶解到20ml水中;
2)、待戊糖、钼酸钾和硫代乙酰胺完全溶解后转移至水热反应釜中,在180oC下反应22h,冷却洗涤(水洗涤2次,无水乙醇洗涤1次),然后在50oC下干燥,制备出MoS2/多糖前驱体;
3)、将MoS2/多糖前驱体在Ar气氛下加热到750oC焙烧6h,制得碳-二硫化钼纳米材料。
2、纳米材料的应用:
1)、将所述碳-二硫化钼纳米材料溶解于10ml DMF中,超声分散,形成约0.8M~1M的碳-二硫化钼杂化纳米溶液;
2)、将所述碳-二硫化钼杂化纳米溶液旋涂到ITO基片上,在200-300 oC退火成膜生成空穴传输层;
3)、在所述空穴传输层上依次沉积量子点发光层和阴极,制得光电器件。
综上所述,本发明通过原位模板法制备的纳米材料包括球形碳以及镶嵌在球形碳表面的MoS2纳米片。通过多糖模板表面丰富的羟基和糖苷键对MoS2纳米晶进行包裹,从而限制了MoS2纳米晶在c方向的生长趋势,制得超薄MoS2纳米片并使所述MoS2纳米片的界面活性位充分暴露,提高了空穴传输效率,同时碳杂化结构有效提高了载流子的迁移效率;将所述纳米材料作为空穴传输层,MoS2界面活性位与碳杂化结构的协同作用,提高了光电器件发光效率和性能。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种纳米材料的制备方法,其特征在于,包括步骤:
将单糖、钼源和硫源溶解于水中,保温进行水热反应,制得多糖-二硫化钼前驱体;
在惰性气氛下,对所述多糖-二硫化钼前驱体进行干燥焙烧处理,制得球形碳-二硫化钼纳米片的纳米材料。
2.根据权利要求1所述的纳米材料的制备方法,其特征在于,所述单糖为葡萄糖、果糖、核糖、半乳糖、戊糖和己糖中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的纳米材料的制备方法,其特征在于,所述钼源为钼酸钠、钼酸胺、钼酸钾和钼酸镁中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的纳米材料的制备方法,其特征在于,所述硫源为硫脲、多硫化钠、硫代乙酰胺和硫化胺中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的纳米材料的制备方法,其特征在于,所述惰性气氛为氮气、氩气、氦气和氖气中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的纳米材料的制备方法,其特征在于,所述水热反应温度为180-220oC,水热反应时间为20-28h。
7.根据权利要求1所述的纳米材料的制备方法,其特征在于,所述焙烧处理温度为750-850,焙烧处理时间为4-6h。
8.一种纳米材料,其特征在于,包括球形碳以及镶嵌在球形碳表面的MoS2纳米片。
9.根据权利要求8所述的纳米结构,其特征在于,所述球形碳与MoS2纳米片的质量比为1:0.1-0.4。
10.一种光电器件,包括第一电极、空穴传输层、发光层以及第二电极,其特征在于,所述空穴传输层的材料为权利要求8-9任一项所述的纳米材料, 或所述空穴传输层的材料为权利要求1-7任一项所述方法制备的纳米材料。
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