CN112195516B - 一种Mn掺杂CsPb2Br5块状晶体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Mn掺杂CsPb₂Br₅块状晶体的制备方法，包括以下步骤：(1)将CsBr粉末加入到HBr溶液中，加热并搅拌使其完全溶解，制得CsBr前驱体溶液；(2)将PbBr₂粉末和MnBr₂·4H₂O粉末加入到HBr溶液中，加热并搅拌使其完全溶解，制得MnBr₂和PbBr₂混合前驱体溶液；(3)将步骤(1)所得的CsBr前驱体溶液加入到步骤(2)所得的MnBr₂和PbBr₂混合前驱体溶液中，得到混合溶液；(4)将步骤(3)所得的混合溶液冷却至室温，最终得到析出的晶体。本发明通过液相法从浓氢溴酸中生长了出稳定性比较好、比较薄的Mn掺杂的CsPb₂Br₅块状晶体。

Description

一种Mn掺杂CsPb2Br5块状晶体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种Mn掺杂CsPb₂Br₅块状晶体的制备方法，属于纳米材料应用领域。

背景技术

无机钙钛矿晶体材料由于其具备更宽的吸收光谱、更高的载流子迁移率、更长的载流子寿命以及更高的稳定性等优势，在应用于光电器件中时有望获得更优异的光电器件性致使晶体钙钛矿材料有望在光电器件中实现更优异的光电器件性能。此外，钙钛矿晶体缺陷密度极低，这为研究其内在物理性质和开发新型器件提供了理想的材料平台。但是，铅的毒性被认为是引起环境污染的最大问题。通过引入杂质离子以替代晶体结构中的Pb被认为是在最大程度地提高能量转换效率的同时，最大限度地降低铅毒性影响的有效方法。然而目前在钙钛矿晶体B位离子掺杂方面的报道十分有限。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种Mn掺杂CsPb₂Br₅块状晶体的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种Mn掺杂CsPb₂Br₅块状晶体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将CsBr粉末加入到HBr溶液中，加热并搅拌使其完全溶解，制得CsBr前驱体溶液；

(2)将PbBr₂粉末和MnBr₂·4H₂O粉末加入到HBr溶液中，加热并搅拌使其完全溶解，制得MnBr₂和PbBr₂混合前驱体溶液；

(3)将步骤(1)所得的CsBr前驱体溶液加入到步骤(2)所得的MnBr₂和PbBr₂混合前驱体溶液中，得到混合溶液；

(4)将步骤(3)所得的混合溶液冷却至室温，最终得到析出的晶体。

所述步骤(1)和(2)中，均加热至90℃。

所述步骤(1)中，CsBr前驱体溶液浓度为0.15mol/L。

所述步骤(2)中，MnBr₂和PbBr₂混合前驱体溶液中，PbBr₂浓度为0.2mol/L。

所述步骤(2)中，PbBr₂粉末和MnBr₂·4H₂O的摩尔比为1:1。

所述步骤(3)中，CsBr前驱体溶液加入到保持在90℃和剧烈搅拌下的MnBr₂和PbBr₂混合前驱体溶液中。

所述步骤(4)中，将混合溶液以降温速度为每12分钟降1℃从90℃冷却至室温。

本发明的有益效果是：

1、本发明提出的通过水热法获得Mn掺杂CsPb₂Br₅块状晶体的方法简单，合成所需的原料成本低廉，易于推广；

2、本发明制备出的Mn掺杂CsPb₂Br₅块状晶体大小可达3-5mm，原子排列规律相同，晶格位相一致，是用作光电探测器等光电器件的良好材料。

附图说明

图1为对比例所制备的不掺杂的CsPb₂Br₅晶体的XRD和XPS图；

图2为实施例所制备的Mn掺杂的CsPb2Br5晶体的实物图；

图3为实施例所制备的Mn掺杂的CsPb2Br5晶体的XRD和XPS图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释，下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。

下述实施例及对比例中所使用的溴化铅(PbBr₂，99.0％)、四水合溴化锰(MnBr₂·4H₂O， 98％)、溴化铯(CsBr，99.5％)和氢溴酸(HBr)原材料均为分析纯试剂；所用的玻璃仪器使用前用去离子水润洗三遍之后真空干燥。

对比例：

不掺杂MnBr₂情况下CsPb₂Br₅晶体的制备，步骤如下：

(1)CsBr前驱体溶液制备：确保玻璃瓶洁净，称量0.064g的CsBr,放入玻璃瓶中，然后用移液枪将2mL的HBr加入至玻璃瓶中，将玻璃瓶放置于磁力搅拌器中加热至90℃，得到澄清的CsBr前驱体溶液；

(2)PbBr₂前驱体溶液制备：确保玻璃瓶洁净，称量0.221g的PbBr₂放入玻璃瓶中，然后用移液枪将3mL的HBr加入至玻璃瓶中，将玻璃瓶放置于磁力搅拌器中加热至90℃，得到澄清的PbBr₂前驱体溶液；

(3)将步骤(1)和(2)所得的两个溶液保持在90℃，然后在剧烈搅拌下将步骤(1)所得的CsBr前驱体溶液滴入至步骤(2)所得的PbBr₂前驱体溶液中；

(4)将步骤(3)所得混合溶液以降温速度为每12分钟降1℃从90℃缓慢冷却至室温，最终析出晶体，将所得晶体洗涤烘干，得到不掺杂CsPb₂Br₅块状晶体。

图1为实验所得CsPb₂Br₅块状晶体的XRD和XPS图。从XRD图中可以看出，CsPb₂Br₅块状晶体有三个明显的衍射峰，分别位于29.5、38.0和48.0度，它们分别对应了CsPb₂Br₅晶体的(213)、(313)和(420)晶面。XRD数据证明了该晶体的结构为CsPb₂Br₅晶体的钙钛矿结构。CsPb₂Br₅块状晶体的XPS能谱图显示晶体中仅含Cs⁺、Pb²⁺和Br^-。

实施例：

掺杂MnBr₂情况下CsPb₂Br₅晶体的制备(投料摩尔比MnBr₂·4H₂O:PbBr₂＝1：1)：

(1)CsBr前驱体溶液制备：确保玻璃瓶洁净，称量0.064g的CsBr,放入玻璃瓶中；然后用移液枪将2mL的HBr加入至瓶中，将玻璃瓶放置于磁力搅拌器中加热至90℃，得到澄清的CsBr前驱体溶液；

(2)MnBr₂和PbBr₂混合前驱体溶液制备：确保玻璃瓶洁净，称量0.221g的PbBr₂以及0.172g的MnBr₂·4H₂O放入玻璃瓶中；然后用移液枪将3mL的HBr加入至瓶中，将玻璃瓶放置于磁力搅拌器中加热至90℃，得到澄清的MnBr₂和PbBr₂混合前驱体溶液；

(3)将步骤(2)所得的MnBr₂和PbBr₂混合前驱体溶液保持在90℃，然后在剧烈搅拌下将步骤(1)所得的CsBr前驱体溶液滴入至MnBr₂和PbBr₂混合前驱体溶液中，得到混合溶液；

(4)将步骤(3)所得的混合溶液以降温速度为每12分钟降1℃从90℃缓慢冷却至室温，最终析出晶体，将所得晶体洗涤烘干，得到Mn掺杂CsPb₂Br₅块状晶体。

图2为Mn掺杂的CsPb₂Br₅块状晶体实物图，其大小可达3～5mm。图3为Mn掺杂的CsPb₂Br₅块状晶体的XRD数据图。从XRD图中可以看出，该晶体有四个明显的衍射峰，分别位于23.5、35.4、48.0和60.8度，它们分别对应了CsPb₂Br₅晶体的(210)、(312)、 (420)和(434)晶面。由于掺杂了Mn²⁺，可以看到部分晶面位置产生了小角度的偏移，但晶格结构没有发生较大改变，同时该晶体整体晶格取向更单一，质量更好。同时XPS 能谱图显示所得晶体具有Mn²⁺的能级，同时XPS测试结果显示Cs⁺、Pb²⁺、Br^-和Mn²⁺的摩尔比为4.2:9.32:23.42:0.9，可证明在所得晶体中测得了含量不少的Mn²⁺。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种Mn掺杂CsPb₂Br₅块状晶体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将CsBr粉末加入到HBr溶液中，加热至90℃并搅拌使其完全溶解，制得浓度为0.15mol/L的CsBr前驱体溶液；

（2）将PbBr₂粉末和MnBr₂·4H₂O粉末按照摩尔比为1:1加入到HBr溶液中，加热至90℃并搅拌使其完全溶解，制得PbBr₂的浓度为0.2mol/L 的MnBr₂和PbBr₂混合前驱体溶液；

（3）将步骤（1）所得的CsBr前驱体溶液加入到保持在90℃和剧烈搅拌下的步骤（2）所得的MnBr₂和PbBr₂混合前驱体溶液中，得到混合溶液；

（4）将步骤（3）所得的混合溶液以降温速度为每12分钟降1℃从90℃冷却至室温，最终得到析出的晶体。

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