CN110776912B - 一种固相合成绿色荧光钙钛矿的方法 - Google Patents

一种固相合成绿色荧光钙钛矿的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固相合成绿色荧光钙钛矿的方法，属于钙钛矿荧光材料技术领域。本发明将赖氨酸、溴化铯、溴化铅混合均匀得到混合粉体；将混合粉体置于离心管中，再对离心管避光处理，将避光的离心管置于旋涡混合器中振荡混合反应1～30min，再避光放置处理1～30min即得绿色荧光CsPbBr3材料；或将混合粉体进行研磨处理1～5min或搅拌混合处理5～30min即得绿色荧光CsPbBr3材料。本发明以溴化铯、赖氨酸、溴化铅为合成原料，在不需要溶液基底的情况下，一步合成高稳定高荧光强度的CsPbBr3，其合成方法简单，合成原料易得，耗时短。

Description

一种固相合成绿色荧光钙钛矿的方法
技术领域
本发明涉及一种固相合成绿色荧光钙钛矿的方法，属于钙钛矿荧光材料技术领域。
背景技术
钙钛矿由于其优异的光电性质享誉材料界。其目前多运用于光伏电池、固态激光器、发光二极管、光电探测器、太阳能燃料生产等诸多领域。铯铅钙钛矿通常在热、氧、湿气、光照射和电场的刺激下难以保持其稳定性。而调整其组成、结晶度和内部材料应变等手段已被证明是可以显著改善材料的内在稳定性，但它们对水分和氧气的不稳定性仍然是一个需要解决的突出问题。钙钛矿的降解一般是从表面和晶界的缺陷初始化的，这些缺陷对水和氧更具反应性。
目前对于铯铅钙钛矿合成技术而言，基本上均基于溶液环境而进行合成，生产过程中，最终材料是从前体进行合成的。这种生产过程对加工条件提出了很高的要求，这可能导致产品最终成本的显着增加。在这种情况下，特定溶剂和复合配体的使用也限制了通用合成。
发明内容
针对现有技术中铯铅钙钛矿合成技术问题，提供了一种固相合成绿色荧光钙钛矿的方法，本发明以溴化铯、赖氨酸、溴化铅为合成原料，在不需要溶液基底的情况下，一步合成高稳定高荧光强度的CsPbBr3，其合成方法简单，合成原料易得，耗时短。
一种固相合成绿色荧光钙钛矿的方法，具体步骤如下：
(1)将赖氨酸、溴化铯、溴化铅混合均匀得到混合粉体；
(2)将混合粉体置于离心管中，再对离心管避光处理，将避光的离心管置于旋涡混合器中振荡混合反应1～30min，再避光放置处理1～30min即得绿色荧光CsPbBr3材料；或将混合粉体进行研磨处理1～5min或搅拌混合处理1～30min 即得绿色荧光CsPbBr3材料。
所述步骤(1)中赖氨酸、溴化铅、溴化铯的摩尔比为0.08～3.5:0.08～10:1。
所述步骤(2)中旋涡混合器的转速为250～4500r/min。
所述步骤(2)中搅拌混合处理速率为500～1000rpm。
绿色荧光CsPbBr3材料合成原理：在基于溶液的胶体纳米晶体的合成中，其关键在于使用封端配体，通过溶剂诱导再沉淀的方法得到具有高发射的纳米晶体，这些配体的作用是提供结晶的自终止，导致在溶液中形成离散的纳米颗粒，通过表面配体以终止晶体生长，是其成核和生长过程的重要组成部分，因此配体的使用影响着材料稳定性和光致发光效率，该固相反应中使用的赖氨酸具有两性离子的性质，即在一个分子中同时存在带负电荷和带正电的基团，使其能够在钙钛矿粒子表面上钝化Pb2+和过量的Br-缺陷，从而增加配体钝化的有效性；而无论是旋涡混合器中提供的振荡环境，还是研磨提供的外界挤压，抑或是搅拌提供的额外动力，不仅能使原料得到充分混合，其提供的能量足以使赖氨酸促进CsPbBr3 成型。
本发明的有益效果：
本发明以溴化铯、赖氨酸、溴化铅为合成原料，在不需要溶液基底的情况下，一步合成高稳定高荧光强度的CsPbBr3，其合成方法简单，合成原料易得，耗时短。
附图说明
图1为实施例1Lys-CsPbBr3的荧光发射光谱图；
图2为实施例4Lys-CsPbBr3的荧光发射光谱图；
图3为实施例7Lys-CsPbBr3的荧光发射光谱图；
图4为实施例1Lys-CsPbBr3的TEM谱图；
图5为实施例1Lys-CsPbBr3分散于水中24h后的TEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：一种固相合成绿色荧光钙钛矿的方法，具体步骤如下：
(1)将赖氨酸、溴化铯、溴化铅混合均匀得到混合粉体；其中溴化铯、赖氨酸、溴化铅的摩尔比为1：0.2：1；
(2)将混合粉体置于离心管中，再对离心管避光处理，将避光的离心管置于旋涡混合器中振荡混合反应25min，再避光放置处理10min即得绿色荧光 CsPbBr3材料；其中旋涡混合器的转速为3000r/min；
本实施例绿色荧光CsPbBr3材料的反应原理：在基于溶液的胶体纳米晶体的合成中，其关键在于使用封端配体，通过溶剂诱导再沉淀的方法得到具有高发射的纳米晶体；这些配体的作用是提供结晶的自终止，导致在溶液中形成离散的纳米颗粒；通过表面配体以终止晶体生长，是其成核和生长过程的重要组成部分，因此配体的使用影响着材料稳定性和光致发光效率。该固相反应中使用的赖氨酸具有两性离子的性质，即在一个分子中同时存在带负电荷和带正电的基团，使其能够在钙钛矿粒子表面上钝化Pb2+和过量的Br-缺陷，从而增加配体钝化的有效性；旋涡混合器中提供的振荡环境不仅能使原料得到充分混合，其提供的能量足以使赖氨酸促进 CsPbBr3 成型；
本实施例绿色荧光CsPbBr3材料的荧光发射光谱图见图1，从图1可知， Lys-CsPbBr3的最大荧光发射波长为520nm；
本实施例绿色荧光CsPbBr3材料的TEM谱图见图4，其中分散剂为水，左下角比例尺为50nm；从图4可知，Lys-CsPbBr3尺寸约为250nm，CsPbBr3被包裹在赖氨酸中，形成球型结构；
本实施例绿色荧光CsPbBr3材料分散于水中24h后的TEM图见图5，从图 5可知，Lys-CsPbBr3经过水彻底作用后，赖氨酸被洗掉暴露出内部的纳米晶；其分散十分均匀，粒度约为14nm。
实施例2：一种固相合成绿色荧光钙钛矿的方法，具体步骤如下：
(1)将赖氨酸、溴化铯、溴化铅混合均匀得到混合粉体；其中溴化铯、赖氨酸、溴化铅的摩尔比为1：0.08：0.26；
(2)将混合粉体置于离心管中，再对离心管避光处理，将避光的离心管置于旋涡混合器中振荡混合反应1min，再避光放置处理5min即得绿色荧光 CsPbBr3材料；其中旋涡混合器的转速为3000r/min；
本实施例绿色荧光CsPbBr3材料的最大荧光发射波长为520nm；本实施例绿色荧光CsPbBr3材料约为250nm，CsPbBr3被包裹在赖氨酸中，形成球型结构；本实施例绿色荧光CsPbBr3材料经过水彻底作用后，赖氨酸被洗掉暴露出内部的纳米晶，其分散十分均匀，粒度约为13.5nm。
实施例3：一种固相合成绿色荧光钙钛矿的方法，具体步骤如下：
(1)将赖氨酸、溴化铯、溴化铅混合均匀得到混合粉体；其中溴化铯、赖氨酸、溴化铅的摩尔比为1：3.5：10；
(2)将混合粉体置于离心管中，再对离心管避光处理，将避光的离心管置于旋涡混合器中振荡混合反应25min，再避光放置处理5min即得绿色荧光 CsPbBr3材料；其中旋涡混合器的转速为3000r/min；
本实施例绿色荧光CsPbBr3材料的最大荧光发射波长为520nm；本实施例绿色荧光CsPbBr3材料约为250nm，CsPbBr3被包裹在赖氨酸中，形成球型结构；本实施例绿色荧光CsPbBr3材料经过水彻底作用后，赖氨酸被洗掉暴露出内部的纳米晶，其分散十分均匀，粒度约为14.2nm。
实施例4：一种固相合成绿色荧光钙钛矿的方法，具体步骤如下：
(1)将赖氨酸、溴化铯、溴化铅混合均匀得到混合粉体；其中溴化铯、赖氨酸、溴化铅的摩尔比为1:0.2:1；
(2)将混合粉体进行研磨处理2min即得绿色荧光CsPbBr3材料；
本实施例绿色荧光CsPbBr3材料的反应原理：固相反应中使用的赖氨酸具有两性离子的性质，即在一个分子中同时存在带负电荷和带正电的基团，使其能够在钙钛矿粒子表面上钝化Pb2+和过量的Br-缺陷，从而增加配体钝化的有效性，研磨提供的外界挤压不仅能使原料得到充分混合，其提供的能量足以使赖氨酸促进CsPbBr3 成型；
本实施例Lys-CsPbBr3荧光发射光谱图见图2，其中横坐标代表波长，纵坐标代表荧光强度；从图2可知，Lys-CsPbBr3的最大荧光发射波长为520nm。
实施例5：一种固相合成绿色荧光钙钛矿的方法，具体步骤如下：
(1)将赖氨酸、溴化铯、溴化铅混合均匀得到混合粉体；其中溴化铯、赖氨酸、溴化铅的摩尔比为1：0.38：1.05；
(2)将混合粉体进行研磨处理2min即得绿色荧光CsPbBr3材料；
本实施例Lys-CsPbBr3的最大荧光发射波长为520nm。
实施例6：一种固相合成绿色荧光钙钛矿的方法，具体步骤如下：
(1)将赖氨酸、溴化铯、溴化铅混合均匀得到混合粉体；其中溴化铯、赖氨酸、溴化铅的摩尔比为1：0.3：0.8；
(2)将混合粉体进行研磨处理1.5min即得绿色荧光CsPbBr3材料；
本实施例Lys-CsPbBr3的最大荧光发射波长为520nm。
实施例7：一种固相合成绿色荧光钙钛矿的方法，具体步骤如下：
(1)将赖氨酸、溴化铯、溴化铅混合均匀得到混合粉体；其中溴化铯、赖氨酸、溴化铅的摩尔比为1：0.28：0.97；
(2)将混合粉体搅拌混合处理30min即得绿色荧光CsPbBr3材料；其中搅拌混合处理速率为500rpm；
本实施例绿色荧光CsPbBr3材料的反应原理：固相反应中使用的赖氨酸具有两性离子的性质，即在一个分子中同时存在带负电荷和带正电的基团，使其能够在钙钛矿粒子表面上钝化Pb2+和过量的Br-缺陷，从而增加配体钝化的有效性。搅拌提供的额外动力，不仅能使原料得到充分混合，其提供的能量足以使赖氨酸促进 CsPbBr3 成型；
本实施例Lys-CsPbBr3荧光发射光谱图见图3，其中横坐标代表波长，纵坐标代表荧光强度；从图3可知，Lys-CsPbBr3的最大荧光发射波长为520nm。
实施例8：一种固相合成绿色荧光钙钛矿的方法，具体步骤如下：
(1)将赖氨酸、溴化铯、溴化铅混合均匀得到混合粉体；其中赖氨酸、溴化铯、溴化铅的摩尔比为1：1：0.6；
(2)将混合粉体搅拌混合处理20min即得绿色荧光CsPbBr3材料；其中搅拌混合处理速率为700rpm；
本实施例Lys-CsPbBr3的最大荧光发射波长为520nm。
实施例9：一种固相合成绿色荧光钙钛矿的方法，具体步骤如下：
(1)将赖氨酸、溴化铯、溴化铅混合均匀得到混合粉体；其中赖氨酸、溴化铯、溴化铅的摩尔比为1：0.2：1.4；
(2)将混合粉体搅拌混合处理5min即得绿色荧光CsPbBr3材料；其中搅拌混合处理速率为1000rpm；
本实施例Lys-CsPbBr3的最大荧光发射波长为520nm。

Claims (4)

1.一种固相合成绿色荧光钙钛矿的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将赖氨酸、溴化铯、溴化铅混合均匀得到混合粉体；
(2)将混合粉体置于离心管中，再对离心管避光处理，将避光的离心管置于旋涡混合器中振荡混合反应1～30min，再避光放置处理1～30min即得绿色荧光CsPbBr3材料；或将混合粉体进行研磨处理1～5min或搅拌混合处理5～30min即得绿色荧光CsPbBr3材料。
2.根据权利要求1所述固相合成绿色荧光钙钛矿的方法，其特征在于：步骤(1)中赖氨酸、溴化铅、溴化铯的摩尔比为0.08～3.5:0.08～10:1。
3.根据权利要求1所述固相合成绿色荧光钙钛矿的方法，其特征在于：步骤(2)中旋涡混合器的转速为250～3000r/min。
4.根据权利要求1所述固相合成绿色荧光钙钛矿的方法，其特征在于：步骤(2)中搅拌混合处理速率为500～1000rpm。
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