CN111849457B - 一种提高全无机钙钛矿量子点CsPbBr3电荷分离效率的方法 - Google Patents

一种提高全无机钙钛矿量子点CsPbBr3电荷分离效率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高全无机钙钛矿量子点CsPbBr3电荷分离效率的方法，其特征在于，将CsPbBr3量子点溶液分散于甲苯中，加入苯胺和苯醌，然后再加入氯仿，混合均匀之后得到反应体系；采用氙灯为光源，去除氙灯中的紫外光部分，并将光源置于反应体系的正上方光照；将光照后的反应体系离心，真空干燥，得到具有高电荷分离效率的聚苯胺/CsPbBr3复合材料。本发明合成的聚苯胺/CsPbBr3复合材料不仅具备优异的电荷分离效率，同时具备良好的热稳定性和化学稳定性，对于构建高性能、长期稳定的光电器件具有重要意义。同时该方法操作简单，可控性强，容易实现规模化生产。

Description

一种提高全无机钙钛矿量子点CsPbBr3电荷分离效率的方法
技术领域
本发明涉及一种提高全无机钙钛矿量子点CsPbBr3电荷分离效率的方法，具体涉及一种具有高电荷分离效率的聚苯胺/CsPbBr3复合材料及其制备方法，材料学技术领域。
背景技术
全无机钙钛矿量子点CsPbX3(X＝Cl，Br，I)因具有优良的光电性能，如吸收系数高，发光效率高，发射谱线窄，发光颜色易于调节等，在近一段时间内引起了广大科研工作者的关注，成为很多光电器件研究中的热点，如太阳能电池、发光二极管、半导体激光器等。尽管钙钛矿量子点有很好的发展前景，但由于其固有的离子结构，使其对潮湿、紫外光照射、温度、氧气等环境极为敏感，造成了钙钛矿量子点的极端不稳定性，严重影响了这类材料的广泛应用。为了提高钙钛矿量子点的稳定性，研究者们采用表面包覆的方法将其和空气、水等隔离开来。迄今为止，许多商用聚合物已被用作钙钛矿量子点的包覆材料，包括环氧树脂(ER)、聚苯乙烯(PS)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。然而，这些包覆材料大多是电绝缘的，这限制了钙钛矿量子点的电荷提取和传输，从而限制了其在光催化、太阳能电池等领域的进一步应用。因此，迫切需要一种导电性好的包覆材料来促进电荷的分离和迁移，同时又提高钙钛矿量子点的稳定性。
聚苯胺(PANI)，是一种广泛应用的导电高分子材料，具有扩展的π-共轭电子结构和高导电性，已被应用于与无机半导体(如TiO2、ZnO)复合，利用聚苯胺优异的导电性来提高复合材料的电荷分离效率，从而用在光催化、太阳能电池等光电转换中。因此，PANI有望成为一种理想的包覆材料，用于开发环境稳定的钙钛矿量子点，同时保持光电应用所需的电荷转移特性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：全无机钙钛矿量子点的包覆材料大多为电绝缘材料，使得钙钛矿量子点的电荷提取和传输受限的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种提高全无机钙钛矿量子点CsPbBr3电荷分离效率的方法，其特征在于，在CsPbBr3量子点外表面包覆一层导电高分子聚合物聚苯胺，具体包括以下步骤：
步骤1)：将CsPbBr3量子点溶液分散于甲苯中，加入苯胺和苯醌，然后再加入氯仿，混合均匀之后得到反应体系；
步骤2)：采用氙灯为光源，去除氙灯中的紫外光部分，并将光源置于步骤1)制备的反应体系的正上方光照；
步骤3)：将光照后的反应体系离心，真空干燥，得到具有高电荷分离效率的聚苯胺/CsPbBr3复合材料。
优选地，所述步骤1)中CsPbBr3量子点溶液、苯胺、苯醌、氯仿的比例为4mL：(6-10)mg：(3-5)mg：4mL。
优选地，所述步骤2)中氙灯的功率为500W为光源；所述氙灯采用420nm截止滤光片去除氙灯中的紫外光部分；所述光照的时间为120-160min。
优选地，所述步骤3)中离心的转速为8000-10000r/min，时间为10min。
优选地，所述步骤3)中干燥的温度为60-80℃，时间为8-12h。
本发明中的CsPbBr3量子点溶液可采用现有技术制得，例如参考文献Nano Lett.，2015，15，3692-3696.中所述。
本发明合成的聚苯胺/CsPbBr3复合材料不仅具备优异的电荷分离效率，同时具备良好的热稳定性和化学稳定性，对于构建高性能、长期稳定的光电器件具有重要意义。同时该方法操作简单，可控性强，容易实现规模化生产。
附图说明
图1为实施例1得到的聚苯胺/CsPbBr3样品的XRD衍射图谱；
图2为实施例1得到的聚苯胺/CsPbBr3样品的透射电子显微镜(TEM)照片；
图3为实施例1得到的聚苯胺/CsPbBr3样品和纯CsPbBr3量子点的光电流对比。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
一种具有优良电荷传输特性的聚苯胺/CsPbBr3复合材料及其制备方法，具体包括以下步骤：
(1)制备CsPbBr3量子点的步骤参考文献Nano Lett.，2015，15，3692-3696.首先制备Cs前驱液：将0.8g Cs2CO3，2.5mL油酸(OA)和30mL十八烯(ODE)混合并在氩气流下在130℃下脱气1小时。然后将反应温度升至150℃保持0.5小时，直到所有的Cs2CO3与OA反应，得到Cs前驱液；将ODE(10mL)，OA(1mL)，油胺(OAm，1mL)和0.36mmol PbBr2混合并在氩气下在130℃脱气1小时。在PbBr2完全溶解后，将温度升至160℃并再保持10分钟。然后，将1mL的Cs前驱液迅速注入上述热混合物中，反应5s后用冰水浴降温，离心、沉淀后，得到CsPbBr3量子点；
(2)将步骤(1)中所得的CsPbBr3量子点分散于20mL甲苯中，加入40mg苯胺和20mg苯醌，然后再加入20mL氯仿，混合均匀之后得到反应体系；
(3)采用500W氙灯为光源，420nm截止滤光片去除氙灯中的紫外光部分，并将光源置于步骤(2)中制备的反应体系的正上方，光照140min；
(4)将光照后的反应体系以9000r/min的速率离心10min，在80℃下真空干燥8h，即得到具有高电荷分离效率的聚苯胺/CsPbBr3复合材料。
采用X射线衍射仪(D/max2200PC，日本理学株式会社)对上述所得的聚苯胺/CsPbBr3样品进行测定，所得的XRD图谱如图1所示，从图1中可以看出，所得的聚苯胺/CsPbBr3样品为单斜相结构的CsPbBr3，因聚苯胺为非晶态的高分子，XRD图谱未表现出其衍射峰。
采用场发射透射电子显微镜(FEI tecnaiG2F30，美国FEI公司)对上述所得的聚苯胺/CsPbBr3样品进行形貌和微结构表征，所得的透射电镜图如图2所示。从图2中可以看出，所得的聚苯胺/CsPbBr3样品为聚苯胺高分子保护层包覆在CsPbBr3量子点外面。
采用电化学工作站(CHI 650E，上海辰华)对上述所得的聚苯胺/CsPbBr3样品进行光电流测试，所得的实验结果如图3所示。从图3中可以看出，聚苯胺/CsPbBr3样品在相同条件下的光电流密度是单纯CsPbBr3量子点的50倍，说明该材料具有优异的电荷分离效率。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处仅在于：苯胺的加入量为30mg，其余内容均与实施例1中所述完全相同。
经检测分析得知：本实施例所获得的聚苯胺/CsPbBr3样品在相同条件下的光电流密度为单纯CsPbBr3量子点的35倍，比实施例1所获材料的光电流密度有所下降。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处仅在于：苯胺的加入量为50mg，其余内容均与实施例1中所述完全相同。
经检测分析得知：本实施例所获得的聚苯胺/CsPbBr3样品在相同条件下的光电流密度为单纯CsPbBr3量子点的28倍，比实施例1所获材料的光电流密度有所下降。
综上所述，本发明提供的一种聚苯胺/CsPbBr3复合材料，具有很高的载流子分离效率，而且聚苯胺作为保护层包覆在CsPbBr3量子点的表面，使得材料具有很好的稳定性。且所述制备方法简单，可控性强，容易实现规模化生产。

Claims (4)

1.一种提高全无机钙钛矿量子点CsPbBr3电荷分离效率的方法，其特征在于，在CsPbBr3量子点外表面包覆一层导电高分子聚合物聚苯胺，具体包括以下步骤：
步骤1）：将CsPbBr3量子点溶液分散于甲苯中，加入苯胺和苯醌，然后再加入氯仿，混合均匀之后得到反应体系；所述CsPbBr3量子点溶液、苯胺、苯醌、氯仿的比例为4mL：（6-10）mg：（3-5）mg：4mL；
步骤2）：采用氙灯为光源，去除氙灯中的紫外光部分，并将光源置于步骤1）制备的反应体系的正上方光照；
步骤3）：将光照后的反应体系离心，真空干燥，得到聚苯胺/CsPbBr3复合材料。
2.如权利要求1所述的提高全无机钙钛矿量子点CsPbBr3电荷分离效率的方法，其特征在于，所述步骤2）中氙灯的功率为500W为光源；所述氙灯采用420nm截止滤光片去除氙灯中的紫外光部分；所述光照的时间为120-160min。
3.如权利要求1所述的提高全无机钙钛矿量子点CsPbBr3电荷分离效率的方法，其特征在于，所述步骤3）中离心的转速为8000-10000r/min，时间为10min。
4.如权利要求1所述的提高全无机钙钛矿量子点CsPbBr3电荷分离效率的方法，其特征在于，所述步骤3）中干燥的温度为60-80℃，时间为8-12h。
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