CN110862103B - 一种高效合成Cs2AgBr3非铅全无机钙钛矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种高效合成Cs2AgBr3非铅全无机钙钛矿的方法属于半导体纳米材料制备技术领域。首先将溴化铯、溴化银按照摩尔比2:1混合后加入三正辛基磷进行研磨,混合物由蓬松的淡黄色粉末逐渐***并且附着在容器壁上,随着研磨的进行,由淡黄色逐渐变为白色粉末,研磨过程用302nm紫外灯进行监测,产物亮度不再增加时停止;得到的产物80~300℃下在真空烘箱中热处理3小时,再在‑10℃~‑50℃冷冻处理1h~3h后得到荧光产率提高的Cs2AgBr3非铅全无机钙钛矿。本发明的方法具有耗时短、操作简单、适合大规模生产的优点。
Description
技术领域
本发明属于半导体纳米材料制备技术领域,具体涉及一种高效、高纯度全无机非铅钙钛矿Cs2AgBr3的制备方法。
背景技术
卤化铅钙钛矿具有良好的缺陷容忍性,在发光领域引起了广泛的研究兴趣。卤化铅钙钛矿已成为最有前途的光电材料,由于其独特的属性,如吸收系数高、长载体扩散长度和较低的处理成本,不同基于卤化铅钙钛矿设计的光电设备已成功实现,包括太阳能电池、发光二极管和激光,以及紫外线光电探测器。尽管卤化铅钙钛矿具有这些优良的性能,但铅的高毒性和固有的不稳定性是卤化物钙钛矿的两个主要问题。在保证性能优良的前提下,用低毒性或无毒金属代替铅具有重要的意义。目前在钙钛矿中,Sn2+已经被用来取代Pb2+。然而,Sn2+正离子由于处于高能量的5s轨道,容易被氧化,使得相应的锡基钙钛矿在大气环境中极不稳定。铅的变价取代又成了研究者关注的重点,目前铅的变价取代主要有两种,用两个MⅢ价金属离子取代以及一个MⅠ价和MⅢ价金属离子取代。前者由于平衡电荷,形成A3B2X9型结构,结构缺陷的存在使其发光性质大打折扣;后者形成的双钙钛矿通常为间接带隙,荧光强度也较低,不适合作为发光器件。
S.Hul小组在2004年发表的一篇文章中报道了合成Cs2AgBr3的方法,文章是基于Cs2AgBr3的导电性质展开研究的,未报道该物质的光学性质。因此该材料有望被作为一种卤化铅钙钛矿发光材料的替代。文献中采用高温固相熔融法制备出了Cs2AgBr3。具体方式是按照溴化铯与溴化银摩尔比2:1进行投料,将其混合压片后放入玻璃瓶中,513K下反应2周,之后缓慢降温至室温。该方法还存在诸多缺点和不足,反应时间和降温时间过长,生产周期长,而且反应需要高温条件,能耗大。最重要的一点用这种方法在任何温度都无法得到纯相Cs2AgBr3,溴化铯总是存在于产物中,这样想得到纯相的Cs2AgBr3还需要后续的处理工艺,不仅原料利用率低,而且还使生产过程复杂化。这一系列的缺点严重阻Cs2AgBr3制备及工业化生产。
综上所述,Cs2AgBr3的制备方法存在一定的局限性,提供一种反应条件温和,原料利用率高,操作简单省时适合工业化大规模生产纯相且荧光量子产率高的Cs2AgBr3的方法就具有重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,克服背景技术存在的问题,提供一种操作简便、耗时短、常温常压下、可大量合成的新方法用于合成纯相Cs2AgBr3钙钛矿。
本发明的技术问题通过以下技术方案解决:
一种高效合成Cs2AgBr3非铅全无机钙钛矿的方法,首先将溴化铯、溴化银按照摩尔比2:1混合后加入三正辛基磷进行研磨,三正辛基磷的用量为每1mmol溴化银使用30~100uL,混合物由蓬松的淡黄色粉末逐渐***并且附着在容器壁上,随着研磨的进行,由淡黄色逐渐变为白色粉末,研磨过程用302nm紫外灯进行监测,产物亮度不再增加时停止;得到的产物80~300℃下在真空烘箱中热处理3小时,将热处理后得到的白色Cs2AgBr3产物-10℃~-50℃冷冻处理1h~3h后得到荧光产率提高的Cs2AgBr3非铅全无机钙钛矿。
在本发明的一种高效合成Cs2AgBr3非铅全无机钙钛矿的方法中,为了更好的提高产物的荧光效率,三正辛基磷的用量优选为每1mmol溴化银使用60uL。
在本发明的一种高效合成Cs2AgBr3非铅全无机钙钛矿的方法中,为了更好的提高产物的荧光效率,所述的热处理温度优选150℃。
在本发明的一种高效合成Cs2AgBr3非铅全无机钙钛矿的方法中,为了更好的提高产物的荧光效率,使产物的晶化程度更好,对产物进行冷冻处理,冷冻处理的优选温度为-30℃。
有益效果:
本发明首次通过机械研磨的方法实现了纯相Cs2AgBr3的制备,同时本方法具有耗时短、操作简单、适合大规模生产的优点。
附图说明
图1是实施例1制备的Cs2AgBr3钙钛矿材料的固体吸收谱图。
图2是实施例1制备的Cs2AgBr3钙钛矿材料的固体荧光发射谱图。
图3是实施例1制备的Cs2AgBr3钙钛矿材料的固体XRD谱图
图4是实施例1制备的Cs2AgBr3钙钛矿材料在302nm紫外灯照射下的照片
具体实施方式
实施例1:
将2mmol溴化铯、1mmol溴化银、60ul三正辛基磷、25粒直径为6mm的玛瑙球放入25ml玛瑙罐中,调节球磨机的交流电频率为35Hz,此时转速为1050rad/min,机械研磨2小时,混合物由蓬松的淡黄色粉末逐渐***附着在玛瑙罐的壁上,用302nm紫外灯照射,发现产物的荧光亮度不再继续增加,将产物在真空烘箱中150℃热处理2小时。将热处理后得到的白色Cs2AgBr3产物-30℃进行冷冻处理2h,对产物进行固体吸收分析和荧光测试,吸收谱图如图1所示,发射谱图如图2所示,荧光效率为40.3%,产物的XRD图谱如图3所示,由图3可知,按照实施例1的方法制备得到的Cs2AgBr3是纯相的。产物在紫外灯(302nm)照射下的激发发光照片如图4所示。本实施例为最佳实施例。
实施例2:将实例1中的三正辛基膦的用量由60uL分别改变为30uL、50uL、80uL,100uL,其他条件不变,产物的荧光量子效率分别为25.6%、36.7%、33.9%、33.4%,因此三正辛基膦的最佳用量为60uL。
实施例3:将实例1中的真空烘箱热处理的温度由150℃变化为80℃、100℃、200℃、300℃,产物的荧光量子效率分别为30.2%、36.2%、34.1%、33.7%,因此最优的热处理温度为150℃。
实施例4:
实例1中其他条件不变,将热处理后的冷冻温度由-30℃变化为-10℃、-20℃、-40℃、-50℃,产物的荧光量子效率分别为28.7%、30.4%、35.2%、33.5%,因此最优的冷冻处理温度为-30℃。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种高效合成Cs2AgBr3非铅全无机钙钛矿的方法,首先将溴化铯、溴化银按照摩尔比2:1混合后加入三正辛基磷进行研磨,三正辛基磷的用量为每1mmol溴化银使用60uL,混合物由蓬松的淡黄色粉末逐渐***并且附着在容器壁上,随着研磨的进行,由淡黄色逐渐变为白色粉末,研磨过程用302nm紫外灯进行监测,产物亮度不再增加时停止;得到的产物80~300℃下在真空烘箱中热处理3小时,将热处理后得到的白色Cs2AgBr3产物-10℃~-50℃冷冻处理1h~3h后得到荧光产率提高的Cs2AgBr3非铅全无机钙钛矿。
2.根据权利要求1所述的一种高效合成Cs2AgBr3非铅全无机钙钛矿的方法,其特征在于,所述的热处理温度为150℃。
3.根据权利要求1所述的一种高效合成Cs2AgBr3非铅全无机钙钛矿的方法,其特征在于,冷冻处理的温度为-30℃。
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