CN110117026A - 一种直接带隙的非铅钙钛矿材料的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直接带隙的非铅钙钛矿材料的合成方法，采用DMF作为溶解溴化铯，溴化银和溴化铟反应物的溶剂，得到前驱体溶液；采用异丙醇为反溶剂；将所述前驱体溶液加入反溶剂后，离心后取上清液获得化学式为Cs2AgInBr6且为立方晶型的量子点材料，该Cs2AgInBr6量子点的激子峰为345nm。本发明首次合成出Cs2AgInBr6钙钛矿量子点，通过选自地壳中丰度较高的元素，资源丰富，成本低廉，可进行大规模生产，采用工艺较为简单，实验环境要求较低的LARP法的原理，将前驱体溶液注到可以互溶的反溶剂中，前驱体物质析出晶体，配体保护后形成量子点。本发明合成的量子点对新型半导体量子点材料性能及发光学研究具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于光电材料及薄膜太阳能电池制备领域，更具体地，涉及一种直接带隙的非铅钙钛矿材料的合成。
背景技术
全无机钙钛矿纳米晶CsPbX3(X：Cl，Br，I)具有发光量子产率高、光谱易调谐、发光线宽窄等优点，被广泛的应用于发光二极管(LED)、高亮度激光、光电探测器等光电子器件的研究中。其优异的光电性能主要源于其三维钙钛矿结构中独特的电子轨道排布和直接带隙的本质。然而其中含有的Pb为有毒元素，会对人体和环境造成危害，限制了其进一步商业化应用。因此，发展无毒且高性能的非铅钙钛矿成为当下研究热点。
目前合成的非铅钙钛矿中，基本是间接带隙，而间接带隙不利于光电子器件的最佳构型。因为寻找带隙较窄，且本质为直接带隙的钙钛矿材料尤为重要。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种直接带隙的非铅钙钛矿材料的合成方法，得到基于银铟的非铅钙钛矿量子点(Cs2AgInBr6)，是一种新型的非铅钙钛矿材料，为光电材料领域做出了贡献。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种直接带隙的非铅钙钛矿材料的合成方法，主要是采用N，N-二甲基甲酰胺作为溶解溴化铯，溴化银和溴化铟反应物的溶剂，得到前驱体溶液；采用异丙醇为反溶剂；将所述前驱体溶液加入反溶剂后，离心后取上清液获得化学式为Cs2AgInBr6且为立方晶型的量子点材料，该Cs2AgInBr6量子点的激子峰为345nm。具体步骤如下：
步骤1：用去离子水，丙酮，异丙醇，去离子水依次清洗两个玻璃瓶A和玻璃瓶B各十分钟，再用氮气枪吹干，备用；
步骤2：将适量的溴化铯，溴化银和溴化铟倒入玻璃瓶A中；然后，再向玻璃瓶A加入适量的N，N-二甲基甲酰胺作为溶解溴化铯，溴化银和溴化铟反应物的溶剂，所得为前驱体溶液，前驱体溶液中，溴化铯，溴化银和溴化铟的摩尔比为2：1：1；
步骤3：将适量的异丙醇加到玻璃瓶B中，然后加入步骤2制得的前驱体溶液，所加入的前驱体溶液与异丙醇的体积比为1:100，充分搅拌反应，离心后取上清液，得到的淡黄色胶体溶液即为化学式为Cs2AgInBr6的直接带隙的非铅钙钛矿材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)材料组分和性质：现有主流钙钛矿量子点技术材料均为含铅钙钛矿量子点，毒性大，偶尔有非铅钙钛矿量子点报道，但是带隙为间接带隙，本发明合成的钙钛矿量子点带隙为直接带隙。
(2)结构：Cs2AgInBr6量子点为立方晶型。
(3)工艺：基于改进的LARP技术。本发明选用DMF溶剂作为前驱体溶剂，制备出Cs2AgInBr6钙钛矿量子点。
附图说明
图1是按照本发明实现的制备出量子点材料的XRD；
图2是按照本发明实现的Cs2AgInBr6量子点的吸收图谱。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
本发明的设计思路是，目前，钙钛矿量子点制备过程中的毒性限制了该材料的发展，另外，非铅钙钛矿量子点基本为间接带隙。本发明首次合成出Cs2AgInBr6钙钛矿量子点，通过选自地壳中丰度较高的元素，资源丰富，成本低廉，可进行大规模生产，而钙钛矿结构及其可调的发光范围使其成为具有发展潜力的低成本的量子点发光材料。本发明合成方法采用工艺较为简单，实验环境要求较低的LARP法的原理，将前驱体溶液注到可以互溶的反溶剂中，前驱体物质析出晶体。本发明合成的这种新型的非铅钙钛矿材料Cs2AgInBr6钙钛矿量子点对新型半导体量子点材料性能及发光学研究具有重要意义。
本发明直接带隙的非铅钙钛矿材料的合成方法，主要是采用DMF作为溶解溴化铯，溴化银和溴化铟反应物的溶剂，促使量子点的析晶过程，得到前驱体溶液；采用异丙醇为反溶剂；将所述前驱体溶液加入反溶剂后，离心后取上清液获得化学式为Cs2AgInBr6且为立方晶型的量子点材料。
实施例：一种直接带隙非铅钙钛矿量子点的合成，步骤如下：
步骤1：清洗两个玻璃瓶，分别为玻璃瓶A和B，用去离子水，丙酮，异丙醇，去离子水依次清洗两个玻璃瓶A和玻璃瓶B各十分钟，再用氮气枪吹干，备用；
步骤2：将0.2mmol的溴化铯(CsBr)、0.1mmol溴化银(AgBr)和0.1mmol溴化铟(InBr)倒入玻璃瓶A中，然后向玻璃瓶A加入5mL DMF作为溶解反应物的溶剂，所得作为前驱体溶液；
步骤3：将5mL异丙醇加到玻璃瓶B中，作为反溶剂；然后，将50uL步骤2制得的前驱体溶液迅速注入到反溶剂中，充分搅拌反应；以6000rpm离心后取上清液，得到的淡黄色胶体溶液即为化学式为Cs2AgInBr6且为立方晶型的直接带隙的非铅钙钛矿量子点。
如图1所示，本实施例合成的Cs2AgInBr6量子点，通过XRD确定Cs2AgInBr6量子点为立方晶型，如图2所示是该Cs2AgInBr6量子点的吸收谱，其吸收曲线表明Cs2AgInBr6量子点的激子峰在345nm左右。
按照本发明合成方法，能够制备出无污染、成本低廉的量子点材料。
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)
1.一种直接带隙的非铅钙钛矿材料的合成方法，其特征在于，采用N，N-二甲基甲酰胺作为溶解溴化铯，溴化银和溴化铟反应物的溶剂，得到前驱体溶液；采用异丙醇为反溶剂；将所述前驱体溶液加入反溶剂后，离心后取上清液获得化学式为Cs2AgInBr6且为立方晶型的量子点材料，该Cs2AgInBr6量子点的激子峰为345nm。
2.根据权利要求1所述直接带隙的非铅钙钛矿材料的合成方法，具体步骤如下：
步骤1：用去离子水，丙酮，异丙醇，去离子水依次清洗两个玻璃瓶A和玻璃瓶B各十分钟，再用氮气枪吹干，备用；
步骤2：将适量的溴化铯，溴化银和溴化铟倒入玻璃瓶A中；然后，再向玻璃瓶A加入适量的N，N-二甲基甲酰胺作为溶解溴化铯，溴化银和溴化铟反应物的溶剂，所得为前驱体溶液，前驱体溶液中，溴化铯，溴化银和溴化铟的摩尔比为2：1：1；
步骤3：将适量的异丙醇加到玻璃瓶B中，然后加入步骤2制得的前驱体溶液，所加入的前驱体溶液与异丙醇的体积比为1:100，充分搅拌反应，离心后取上清液，得到的淡黄色胶体溶液即为化学式为Cs2AgInBr6的直接带隙的非铅钙钛矿材料。
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