一种光电材料CsPbBr₃的制备方法

一种光电材料CsPbBr₃的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种光电材料CsPbBr3的制备方法，包括将含有Pb2+的HBr水溶液和Cs+的HBr水溶液在一定温度下混合，待反应结束后，将反应产物经过洗涤及真空干燥，最终得到CsPbBr3多晶粉末。本发明通过控制Cs+/Pb2+的摩尔比来调整溶液的离子强度，克服了CsPbBr3在有水环境下的不稳定问题，从而可以在水溶液中制备出单相的CsPbBr3材料。该方法制备工艺简单，所用原料价格低廉，适合批量化生产。
【专利说明】
_种光电材料GsPbBr 3的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于半导体材料制备工艺技术领域，具体地涉及一种光电材料CsPbBr3的制备方法。
【背景技术】
[0002]CsPbBr3半导体材料是一种新型的光电材料，具有载流子迀移率高、扩散长度长、光吸收能力强、发光效率高以及光稳定性好等优点。由于其良好的光电性能，CsPbBr3的制备及其光电性能研究成为近几年的研究热点。目前，研究者已经采用CsPbBr3制备了太阳能电池，LED，单光子探测器，以及CsPbBr3量子点激光器。CsPbBr3在光电及光伏领域有着潜在的巨大应用价值。
[0003]CsPbBr3在有水环境下极不稳定，会迅速和水反应生成CsPb2Br5t3因此，常规的制备CsPbBr3材料的方法是在无水条件下进行的。常见的做法是将CsBr和PbBr2分别溶解于DMF、DMSO等有机溶剂中形成溶液，然后将两种溶液混合，从而得到CsPbBr3。这种制备方法工艺简单，但是要用到价格较为昂贵的有机试剂。同时，无水的制备环境具有很大的局限性，限制了 CsPbBr3的批量化生产。因此，开发原料价格低廉，且能在水溶液中制备CsPbBr3的方法具有重要的意义。

【发明内容】

[0004]针对现有技术中的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种光电材料CsPbBr3的制备方法，该方法合成工艺简单，所用原料价格较低廉，适宜于批量生产。
[0005]—种光电材料CsPbBr3的制备方法，将含有Pb2+的HBr水溶液与含有Cs+的HBr水溶液经溶液法反应得到沉淀物，将沉淀物洗涤干燥处理后即得光电材料CsPbBr3。
[0006]进一步的，所述的Cs2+与Pb2+的摩尔比为(2?10):1。
[0007]具体的，所述的溶液法的反应温度为30?50°C，溶液法的反应时间为I?10h。
[0008]更具体的，所述的沉淀物用无水乙醇或无水乙醚洗涤。
[0009]再具体的，所述的洗涤后的沉淀物在30?60°C下真空干燥处理。
[0010]另外，配置含有Pb2+的HBr水溶液时所用的原料为Pb(CH3COO)2或者Pb(N03)2，其中Pb2+与HBr的摩尔比为1: (2?15)。
[0011 ]具体的，配置含有Pb2+的HBr水溶液的温度为20?50°C。
[0012]还有，配置含有Cs+的HBr水溶液时所用的原料为CsBr，其中CsBr/UO/HBr的摩尔比为1:(1?20):(1?20)。
[0013]具体的，配置含有Cs+的HBr水溶液的温度为20?50°C。
[0014]本发明提供的制备光电材料CsPbBr3的方法，具有以下优点:
[0015](I)本发明通过控制Cs+与Pb2+的比例，可以防止最终产物CsPbBr3在水溶液中转变为CsPb2Br5，从而克服了 CsPbBr3在有水环境下的不稳定问题，可以在水溶液中制备出单相的CsPbBr3t3该方法制备工艺简单，所用原料价格低廉，最终产物纯度高，能够批量化生产CsPbBrs ；
[0016](2)本发明的制备原料简单易得，本发明优选的制备方法是将Pb (CH3COO) 2在30 °C下溶解于HBr溶液中，其中Pb(CH3COO)2中的Pb2+与HBr的摩尔比为1:(2?15);将CsBr在30°C下溶解于HBr溶液中，CsBr/H20/HBr的摩尔比为1: (I?20): (I?20);将得到的两种溶液按照Cs2+与Pb2+的摩尔比为(2?5):1混合，在40°C下反应Ih后得到CsPbBr3沉淀，然后滤出CsPbBr3沉淀，将其用无水乙醇洗涤后，在温度为50°C的真空烘箱中进行干燥处理，最后得到CsPbBn。
【附图说明】
[0017]图1为实施例一中所制备CsPbBr3的X射线衍射图谱；
[0018]图2为实施例一中所制备CsPbBr3的UV-Vis吸收光谱；
[0019]图3为实施例二中所制备CsPbBr3的X射线衍射图谱；
[0020]图4为对比例一中所制备样品的X射线衍射图谱；
[0021]图5为对比例二中所制备样品的X射线衍射图谱；
[0022]以下结合说明书附图和【具体实施方式】对本发明做具体说明。
【具体实施方式】
[0023]在研究过程中发现，通过调整水溶液的离子强度，可以抑制CsPbBr3在水中的不稳定性问题，基于这个发现，发明人开发了简单的溶液法来制备CsPbBn。本发明通过调整水溶液的离子强度，克服了 CsPbBr3在有水环境下的不稳定问题，从而可以在水溶液中制备出单相的CsPbBnM料。该制备方法工艺简单，所用原料价格低廉，适合批量化生产。
[0024]本发明制备CsPbBr3的方法是将Pb(CH3COO)2或者Pb(NO3)2在一定温度下溶解于HBr水溶液中。然后在其中加入CsBr和HBr的混合溶液，在一定温度下反应得到CsPbBr3沉淀，然后滤出CsPbBr3沉淀，用无水乙醇反复洗涤后，在真空条件下进行干燥处理，最终得到CsPbBn。具体的制备光电材料CsPbBn的方法，包括以下步骤:
[0025]I)将Pb (CH3COO) 2或Pb (NO3) 2加入到HBr溶液中，其中Pb2+的与HBr的摩尔比为1:(2?15)，然后在20?500C下溶解，得到澄清溶液A;
[0026]2)将CsBr加入到HBr溶液中，CsBr/H20/HBr的摩尔比为1: (I?20): (I?20)，在20
?50 0C下溶解，得到澄清溶液B;
[0027]3)将步骤2)得到的澄清溶液B与步骤I)得到的澄清溶液A混合，Cs+与Pb2+的摩尔比为(2?10):1，在30?50 °C下反应I?1h，得到橙红色的沉淀；
[0028]4)将步骤3)得到的沉淀过滤，用无水乙醇或无水乙醚洗涤，在30?60°C下真空干燥，最终得到CsPbBr3粉末；
[0029]步骤I)中HBr溶液的质量百分浓度为48%。
[0030]以下是本发明的实施例。
[0031]实施例一:
[0032]首先，将0.758gPb(CH3COO)2在30°C下溶解于8mL的HBr溶液中；将0.851g CsBr在30°C下溶解于由4mL H2O和8mL HBr溶液组成的混合溶液中。将配置好的两种溶液混合，其中Cs+与Pb2+的摩尔比为2:1，在40 °C下反应Ih后得到橙红色CsPbBr3沉淀，将沉淀过滤后用无水乙醇反复洗涤3次，再将洗涤产物置入真空烘箱中，在50°C下干燥3h，得到CsPbBr3。
[0033]本实施例中提到的HBr溶液的质量百分浓度为48%。
[0034]图1为所制备CsPbBr3的X射线衍射图谱。所有的衍射峰均对应于CsPbBr3的标准XRD图谱，说明纯度高，无杂相。
[0035]图2为所制备CsPbBr3的UV-Vis吸收光谱，由图2可以计算出，所制备CsPbBr3的禁带宽度为2.23eV，进一步证明了所制备的样品为单相的CsPbBr3半导体材料。由于其高纯度及优良的光电性能，所制备的CsPbBr3可作为制备光电器件以及光伏器件的吸光材料。
[0036]实施例二:
[0037]首先，将0.758g?13(013(:00)2在40°(:下溶解于811^的冊1溶液中；将2.5538 CsBr在30°C下溶解于由12mL H2O和12mL HBr溶液组成的混合溶液中。将配置好的两种溶液混合，其中Cs+与Pb2+的摩尔比为6:1，在40 °C下反应Ih后得到橙红色CsPbBr3沉淀，将沉淀过滤后用无水乙醇反复洗涤3次，再将洗涤产物置入真空烘箱中，在60 V下干燥2h，得到CsPbBr3。
[0038]本实施例中提到的HBr溶液的质量百分浓度为48%。
[0039]图3为实施例二所制备CsPbBr3的X射线衍射图谱。所有的衍射峰均对应于CsPbBr3的标准XRD图谱，说明纯度高，无杂相。
[0040]采用本发明所提出的方法来制备CsPbBr3时，必须精确控制混合溶液中Cs2+与Pb2+的摩尔比为(2?10):1。如果Cs2+与Pb2+的摩尔比过高时，最终产物仍然为单相CsPbBr3,但是会损耗初始原料CsBr，造成浪费；如果Cs2+与Pb2+的摩尔比过低时，会由于溶液中离子强度的变化，导致反应生成的CsPbBr3部分转变为CsPb2Br5，甚至完全转变为CsPb2Br5。
[0041]以下将以两个对比例做具体说明。
[0042]对比例一:
[0043]首先，将0.758g?13(0130)0)2在30°(:下溶解于811^ HBr溶液中。将0.425g CsBr在30°C下溶解于由4mL H2O和8mL HBr水溶液组成的混合溶液中。将配置好的两种溶液混合，其中Cs+与Pb2+的摩尔比为1:1，在40°C下反应Ih后得到沉淀，将沉淀过滤后用无水乙醇反复洗涤多次，再将洗涤产物置入真空烘箱中，在50°C下干燥3h，得到最终产物。
[0044]本实施例中提到的HBr溶液的质量百分浓度为48%。
[0045]图4为对比例一所制备产物的X射线衍射图谱。可以看出，产物中除了CsPbBr3外，还有CsPb2Br5存在，说明样品不纯，部分CsPbBr3转变为CsPb2Br5t3这是因为当前驱体溶液中Cs+与Pb2+的摩尔比低于2:1时，由于溶液离子强度的降低，导致CsPbBr3与水反应而生成CsPb2Bn0
[0046]对比例二:
[0047]首先，将0.379g?13(0130)0)2在30°(:下溶解于611^ HBr溶液中。将0.425g CsBr在30°C下溶解于由4mL H2O和8mL HBr水溶液组成的混合溶液中。将配置好的两种溶液混合，其中Cs+与Pb2+的摩尔比为1:2，在40°C下反应Ih后得到沉淀，将沉淀过滤后用无水乙醇反复洗涤多次，再将洗涤产物置入真空烘箱中，在50°C下干燥3h，得到最终产物。
[0048]本实施例中提到的HBr溶液的质量百分浓度为48%。
[0049]图5为对比例二所制备产物的X射线衍射图谱。可以看出，产物中包括CsPbBr3和CsPb2Br5两相，说明样品不纯，部分CsPbBn转变为CsPb2Br5。
【主权项】
1.一种光电材料CsPbBr3的制备方法，其特征在于，将含有Pb2+的HBr水溶液与含有Cs+的HBr水溶液经溶液法反应得到沉淀物，将沉淀物洗涤干燥处理后即得光电材料CsPbBr3。2.如权利要求1所述的光电材料CsPbBr3的制备方法，其特征在于，所述的Cs2+与Pb2+的摩尔比为(2?10):1。3.如权利要求1或2所述的光电材料CsPbBr3的制备方法，其特征在于，所述的溶液法的反应温度为30?50 0C，溶液法的反应时间为I?I Oh。4.如权利要求1或2所述的光电材料CsPbBn的制备方法，其特征在于，所述的沉淀物用无水乙醇或无水乙醚洗涤。5.如权利要求1或2所述的光电材料CsPbBr3的制备方法，其特征在于，所述的洗涤后的沉淀物在30?60 °C下真空干燥处理。6.如权利要求1或2所述的光电材料CsPbBr3的制备方法，其特征在于，配置含有Pb2+的HBr水溶液时所用的原料为PMCH3⑶0)2或者Pb(NO3)2,其中Pb2+与HBr的摩尔比为1: (2?15)。7.如权利要求6所述的光电材料CsPbBr3的制备方法，其特征在于，配置含有Pb2+的HBr水溶液的温度为20?50°C。8.如权利要求1或2所述的光电材料CsPbBr3的制备方法，其特征在于，配置含有Cs+的HBr水溶液时所用的原料为CsBr，其中CsBr/H20/HBr的摩尔比为1: (I?20): (I?20)。9.如权利要求8所述的光电材料CsPbBr3的制备方法，其特征在于，配置含有Cs+的HBr水溶液的温度为20?50 °C。
【文档编号】C01G19/00GK105883905SQ201610217377
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】苏兴华, 白鸽, 张静, 周杰, 包吉明, 王振军, 赵鹏
【申请人】长安大学