一类具有增强荧光量子产率的氨基酸修饰Cs3Cu2I5钙钛矿材料

本发明属于光电显示材料，特别涉及一类具有增强荧光量子产率的氨基酸修饰cs3cu2i5钙钛矿材料的制备。

背景技术：

1、随着经济与社会的日益发展，人们对能源的需求量逐年增加，但以石油天然气等传统化石能源为主的能源模式存在诸多问题，主要存在储量有限及易造成环境污染的缺点。在过去十几年，人类开始寻找绿色、可持续的能源，以替代传统的化石能源。水热、地热、潮汐、风能、太阳能等可再生能源成为能源危机的救星，尤其是太阳能，被认为是最有前途的绿色可再生能源。而如何开发太阳能成为研究之重，由此，能吸收太阳能，具有光电效应的钙钛矿材料应运而生。

2、钙钛矿材料是一类具有高载流子迁移率、带隙可调、吸收系数良好等优异光学和电学特性的材料，目前多运用于太阳能电池、激光器、二极管、光电探测器等领域，极具应用潜力。但目前常用的钙钛矿多是基于稳定性不良并带有固有毒性的铅基钙钛矿，基于可持续发展和减少环境污染考虑，研究者们将目光转向无铅钙钛矿。cs3cu2i5钙钛矿是一种绿色铜基钙钛矿，但在器件应用上存在荧光效率不够高，内在缺陷较多的不足。因此，本发明开发了一类安全环保氨基酸修饰cs3cu2i5钙钛矿，可有效钝化缺陷，提升荧光效率，有效提升光电性能，同时氨基酸的加入不会改变原有的晶体结构。本发明选用的氨基酸为l-瓜氨酸、l-组氨酸和5-氨基戊酸，并以结构不同的l-谷氨酸作为对比例，以突出显示本发明选用的三种氨基酸的增强效果。氨基酸普遍由一个氨基、一个羧基以及一个r基组成，r基的不同造成了氨基酸各种各样的结构。l-瓜氨酸的r基为酰胺基团，l-组氨酸则有一个环状咪唑基团，5-氨基戊酸在于其烃基碳链结构，l-谷氨酸则是带有双羧基结构。本发明主要探索不同的官能团对钙钛矿性能的影响，将氨基酸应用于铜基钙钛矿将是一种全新的方法。此外，该类材料是基于机械化学法的球磨法制备而成，绿色环保，避免使用溶剂，方便快捷，能提供产率高、成本低的纯相产品，符合可持续发展的理念。

技术实现思路

1、本发明的主要内容是通过球磨法合成一种荧光增强、高量子产率且无毒的氨基酸修饰cs3cu2i5钙钛矿，其中所述氨基酸为l-瓜氨酸、l-组氨酸和5-氨基戊酸。由于有机小分子与钙钛矿的相互作用，上述三种氨基酸能够有效钝化cs3cu2i5钙钛矿的缺陷，抑制载流子的非辐射复合，同时不会改变cs3cu2i5的晶体结构。

2、一类具有增强荧光量子产率的氨基酸修饰cs3cu2i5钙钛矿材料的制备，主要采用以下技术方案：

3、(1) 将氨基酸、碘化铯、碘化亚铜放入研磨罐中按一定比例混合均匀。

4、(2) 将步骤(1)中的研磨罐放入球磨机中，设置好转速、球磨时间，通过球磨机充分研磨，得到氨基酸修饰cs3cu2i5钙钛矿粉末。

5、所述步骤（1）中所述的氨基酸为l-瓜氨酸、l-组氨酸和5-氨基戊酸。

6、所述步骤（1）中碘化铯、碘化亚铜的摩尔比为3:2，氨基酸含量分别取碘化亚铜摩尔量的0%，0.5%，1%，1.5%，2%。优选为1%。

7、所述步骤（2）中的球磨机为行星式球磨机。

8、所述步骤（2）中的转速在200rpm-500rpm。

9、所述步骤（2）中的研磨时间为1h-3h。

10、所述步骤（2）中球磨过程中还加入球料，所需的球料与原料质量比为20~50:1。

11、以任一所述的一种氨基酸修饰cs3cu2i5钙钛矿为例，所有过程均在空气环境中制备，无需控制湿度和温度。

12、本发明的有益效果在于：

13、本发明中氨基酸用量为原料碘化亚铜摩尔量的0.5-2%，优选为1%，不可取太少或者太多，量少达不到钝化钙钛矿的效果，量多则会引起局部电荷水平发生变化并对钙钛矿的性能造成影响。此外，氨基酸对钙钛矿的调控机理可归因以下几点：

14、第一，氨基酸具有固定水分子的作用，可降低钙钛矿表面的吸水性，从而提高钙钛矿的稳定性。

15、第二，氨基酸带有一个碱性氨基，可弥补钙钛矿空位配位点离子匹配不足，从而达到抑制相分离，稳定钙钛矿相结构的作用。

16、第三，相比一些金属离子及其他添加剂，氨基酸这类长链物质不容易进入钙钛矿的晶格而引起结构变化。

17、第四，对于氨基酸的化学结构，除了氨基和羧基外，特殊官能团如酰胺基、环状咪唑基团和烃基碳链结构等可进一步对钙钛矿的性能进行强化。酰胺基同样含有氨基，这种具有双氨基结构的氨基酸比单氨基的钝化效果更好；环状咪唑基团则可使黑相钙钛矿更加稳定（黑相钙钛矿，可有效将光能转化为电能的钙钛矿，特点是不稳定，容易坍缩回无用状态）；对于烃基碳链结构而言，具有此官能团的氨基酸存在较大的空间位阻，具有很好的表面钝化效果。

18、本发明利用简单的球磨法，实现了氨基酸修饰cs3cu2i5钙钛矿的有效合成。其中，所合成的钙钛矿为无毒无铅钙钛矿，此外，球磨法是一种简单的绿色合成法，符合可持续发展的理念。同时，与纯cs3cu2i5钙钛矿相比，氨基酸修饰cs3cu2i5钙钛矿的荧光性能有明显的提升，l-瓜氨酸、l-组氨酸和5-氨基戊酸修饰型cs3cu2i5钙钛矿的荧光强度分别增强1.04、1.36和1.41倍， plqy分别提高了6%、16.68%和30.52%。而对比例l-谷氨酸修饰的cs3cu2i5钙钛矿在发光强度上有明显的降低，这是由于特定的氨基酸所导致的。

技术特征：

1.一类具有增强荧光量子产率的氨基酸修饰cs3cu2i5钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一类具有增强荧光量子产率的氨基酸修饰cs3cu2i5钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中所述的氨基酸为l-瓜氨酸、l-组氨酸和5-氨基戊酸中的一种。

3.根据权利要求1所述的一类具有增强荧光量子产率的氨基酸修饰cs3cu2i5钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中碘化铯、碘化亚铜的摩尔比为3:2，氨基酸用量为原料碘化亚铜摩尔量的0.5-2%。

4.根据权利要求1所述的一类具有增强荧光量子产率的氨基酸修饰cs3cu2i5钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的球磨机为行星式球磨机。

5.根据权利要求1所述的一类具有增强荧光量子产率的氨基酸修饰cs3cu2i5钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的转速在200rpm-500rpm。

6.根据权利要求1所述的一类具有增强荧光量子产率的氨基酸修饰cs3cu2i5钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的研磨时间为1h-3h。

7.根据权利要求1所述的一类具有增强荧光量子产率的氨基酸修饰cs3cu2i5钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中球磨过程中还加入球料，所需的球料与原料质量比为20~50:1。

技术总结
本发明涉及一类氨基酸修饰Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;钙钛矿材料及其制备方法，所述氨基酸为L‑瓜氨酸、L‑组氨酸和5‑氨基戊酸。本发明基于简单的球磨法，将一定量的氨基酸与Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;钙钛矿进行混合研磨成功合成了氨基酸修饰Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;钙钛矿，成本低，在空气环境下即可获得。首先，由于有机小分子与钙钛矿的相互作用，上述三种氨基酸能够有效钝化Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;钙钛矿的缺陷，抑制载流子的非辐射复合，同时不会改变Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;的晶体结构；其次，氨基酸的加入有效提升了Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;的荧光性能；最后，本发明采用无溶液污染物产生的球磨法，并且所使用到的原料均为无铅无毒材料，符合绿色环保的理念。

技术研发人员：江琳沁,许泽尧,邱羽,熊浩,李平,林灵燕,孙文贤,杨爱军,黎健生,吴波,萨百晟,王煜
受保护的技术使用者：福建江夏学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13