一種光電材料CsPb₂Br₅的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種光電材料CsPb2Br5的制備方法，目的在于，能夠在水溶液中制備出單相高純的CsPb2Br5材料，制備工藝簡(jiǎn)單，所用原料價(jià)格低廉，適合批量化生產(chǎn)，所采用的技術(shù)方案為：將含有Pb2+的HBr水溶液與含有Cs+的HBr水溶液經(jīng)溶液法反應(yīng)得到沉淀物，將沉淀物洗滌干燥處理后即得光電材料CsPb2Br5。
【專利說(shuō)明】
_種光電材料GsPb2Br5的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光電材料CsPb2Br5的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]CsPb2Br5半導(dǎo)體材料是一種新型的光電材料，具有載流子迀移率高、擴(kuò)散長(zhǎng)度長(zhǎng)、光吸收能力強(qiáng)、發(fā)光效率高以及光穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。由于其良好的光電性能，CsPb2Br5的制備及其光電性能研究成為目前的研究熱點(diǎn)。目前，研究者已經(jīng)采用CsPb2Br5制備了太陽(yáng)能電池，LED，以及(:#13280量子點(diǎn)激光器。CsPb2Br5在光電及光伏領(lǐng)域有著潛在的巨大應(yīng)用價(jià)值。
[0003]常見(jiàn)的制備CsPb2Br5的方法是將CsBr和PbBr2分別溶解于DMF、DMS0等有機(jī)溶劑中形成溶液，然后將兩種溶液混合，從而得到CsPb2Br5。這種制備方法工藝簡(jiǎn)單，但是要用到價(jià)格較為昂貴的有機(jī)試劑。同時(shí)，無(wú)水的制備環(huán)境具有很大的局限性，限制了 CsPb2Br5的批量化生產(chǎn)。因此，開(kāi)發(fā)原料價(jià)格低廉，且能在水溶液中制備CsPb2Br5的方法具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種能夠在水溶液中制備出單相高純的CsPb2Br5材料，制備工藝簡(jiǎn)單，所用原料價(jià)格低廉，適合批量化生產(chǎn)的光電材料CsPb2Br5的制備方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:包括以下步驟:首先配制含有Pb2+的HBr水溶液和含有Cs+的HBr水溶液，然后將含有Pb2+的HBr水溶液與含有Cs+的HBr水溶液經(jīng)溶液法反應(yīng)得到沉淀物，最后將沉淀物洗滌干燥處理后，即得光電材料CsPb2Br5。
[0006]所述溶液法反應(yīng)時(shí)控制Pb2+與Cs2+的摩爾比為2:1。
[0007]所述溶液法的反應(yīng)溫度為30?50°C，溶液法的反應(yīng)時(shí)間為I?3h。
[0008]所述沉淀物用無(wú)水乙醇或無(wú)水乙醚洗滌。
[0009]所述沉淀物經(jīng)洗滌后在30?60°C下經(jīng)真空干燥處理。
[0010]所述配制含有Pb2+的HBr水溶液時(shí)采用的原料為Pb(CH3COO)2或者Pb(NO3)2^*Pb2+與HBr的摩爾比為1: (2?15)。
[0011 ] 所述配制含有Pb2+的HBr水溶液時(shí)溫度控制在20?50 °C。
[0012]所述配制含有Cs+的HBr水溶液時(shí)采用的原料為CsBr，其中CsBrAO和HBr的摩爾比為1:(1?20):(1?20)。
[0013]所述配制含有Cs+的HBr水溶液時(shí)控制溫度為20?50°C。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明首先分別制備含有Pb2+和Cs+的HBr水溶液，然后經(jīng)過(guò)經(jīng)溶液法反應(yīng)得到CsPb2Br^淀物，沉淀物經(jīng)過(guò)洗滌干燥處理，即得到光電材料CsPb2Br5,本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的溶液法來(lái)制備CsPb2Br5,通過(guò)控制Pb2+與Cs2+的摩爾比，克服了CsPb2Br5在制備過(guò)程中的不穩(wěn)定問(wèn)題，防止最終產(chǎn)物CsPb2Br5在水溶液中轉(zhuǎn)變?yōu)镃sPbBr3，從而在水溶液中制備出單相的CsPb2Br5材料，該制備方法工藝簡(jiǎn)單，所用原料價(jià)格低廉，適合批量化生產(chǎn)，制備出來(lái)的CsPb2Br5M料經(jīng)過(guò)X射線衍射試驗(yàn)，說(shuō)明純度高，并經(jīng)過(guò)UV-Vis吸收光譜及PL光譜分析，所制備的光電材料CsPb2Br5具有高純度及優(yōu)良的光電性能，能夠作為制備光電器件以及光伏器件的吸光材料。
[0015]進(jìn)一步，本發(fā)明通過(guò)精確控制混合反應(yīng)溶液中Pb2與+Cs2+的摩爾比為2:1，得到的光電材料CsPb2Br5純度高，無(wú)雜相，具有優(yōu)良的光學(xué)性能，如果Pb2+與Cs2+的摩爾比過(guò)高時(shí)，最終產(chǎn)物仍然為單相CsPb2Br5,但是會(huì)損耗初始原料，造成浪費(fèi);如果Pb2+與Cs2+的摩爾比過(guò)低時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物不純，有部分CsPbBr3生成。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為實(shí)施例一中所制備CsPb2Brj^X射線衍射圖譜；
[0017]圖2為實(shí)施例一中所制備CsPb2Brd^UV-Vis吸收光譜和PL光譜；
[0018]圖3為實(shí)施例二中所制備CsPb2Brj^X射線衍射圖譜；
[0019]圖4為對(duì)比例一中所制備樣品的X射線衍射圖譜；
[0020]圖5為對(duì)比例二中所制備樣品的X射線衍射圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體的實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。
[0022]本發(fā)明制備CsPb2Br5的方法是將Pb(CH3⑶0)2或者Pb(NO3)2在一定溫度下溶解于HBr水溶液中，得到含有Pb2+的HBr水溶液，將CsBr加入HBr水溶液中得到含有Cs+的HBr水溶液，含有Pb2+的HBr水溶液和Cs+的HBr水溶液在一定溫度下反應(yīng)得到CsPb2Br5沉淀，然后濾出CsPb2Br5沉淀，用無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌后，在真空條件下進(jìn)行干燥處理，最終得到CsPb2Br5。具體的制備光電材料CsPb2Br5的方法，包括以下步驟:
[0023]I)將Pb (CH3COO) 2或Pb (NO3) 2加入到HBr溶液中，其中Pb2+的與HBr的摩爾比為1:(2?15)，然后在20?500C下溶解，得到澄清溶液A;
[0024]2)將CsBr加入到HBr溶液中，CsBr、H2O、HBr的摩爾比為1: (I?20): (I?20)，在20
?50 0C下溶解，得到澄清溶液B;
[0025]3)將步驟2)得到的澄清溶液B與步驟I)得到的澄清溶液A混合，Pb2+與Cs+的摩爾比為2:1，在30?50 °C下反應(yīng)I?3h，得到白色沉淀；
[0026]4)將步驟3)得到的白色沉淀過(guò)濾，用無(wú)水乙醇或無(wú)水乙醚洗滌，在30?60°C下真空干燥，最終得到CsPb2Br5粉末。
[0027]步驟I)中HBr溶液的質(zhì)量百分濃度為48%。
[0028]本發(fā)明優(yōu)選的制備方法是將Pb (CH3COO) 2在30 °C下溶解于HBr溶液中，其中Pb(CH3COO)2中的Pb2+與HBr的摩爾比為1: (2?15);將CsBr在30°C下溶解于HBr溶液中，CsBr/H20/HBr的摩爾比為1: (I?20): (I?20);將得到的兩種溶液按照Pb2+與Cs2+的摩爾比為2:1混合，在40 °C下反應(yīng)Ih后得到CsPb2Br5沉淀，然后濾出CsPb2Br5沉淀，將其用無(wú)水乙醇洗滌后，在溫度為50 V的真空烘箱中進(jìn)行干燥處理，最后得到CsPb2Br5。
[0029]實(shí)施例一:
[0030]首先，將0.758gPb(CH3COO)2在30°C下溶解于8mL的HBr溶液中；將0.213g CsBr在30°C下溶解于由ImL H2O和2mL HBr溶液組成的混合溶液中，將配置好的兩種溶液混合，其中Pb2+與Cs+的摩爾比為2:1，在40 °C下反應(yīng)Ih后得到白色的(^13收5沉淀，將沉淀過(guò)濾后用無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌3次，再將洗滌產(chǎn)物置入真空烘箱中，在50°C下干燥3h，得到CsPb2Br5。[0031 ]本實(shí)施例中提到的HBr溶液的質(zhì)量百分濃度為48%。
[0032]圖1為所制備CsPb2Br^X射線衍射圖譜。所有的衍射峰均對(duì)應(yīng)于CsPb2Br5的標(biāo)準(zhǔn)XRD圖譜，說(shuō)明純度高，無(wú)雜相。
[0033]圖2為所制備CsPb2Brd^UV-Vis吸收光譜及PL光譜，由圖2可以看出，所制備的CsPb2Br5為直接帶隙半導(dǎo)體，禁帶寬度為2.35eV，在526nm處有一個(gè)發(fā)光峰。由于其高純度及優(yōu)良的光電性能，所制備的CsPb2Br5可作為制備光電器件以及光伏器件的吸光材料。
[0034]實(shí)施例二:
[0035]首先，將0.758gPb(CH3COO)2在40°C下溶解于8mL的HBr溶液中；將0.213g CsBr在30°C下溶解于由3mL H2O和3mL HBr溶液組成的混合溶液中，將配置好的兩種溶液混合，其中Pb2+與Cs+的摩爾比為2:1，在40°C下反應(yīng)Ih后得到白色沉淀，將沉淀過(guò)濾后用無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌3次，再將洗滌產(chǎn)物置入真空烘箱中，在60 V下干燥2h，得到CsPb2Br5。
[0036]本實(shí)施例中提到的HBr溶液的質(zhì)量百分濃度為48%。
[0037]圖3為實(shí)施例二所制備CsPb2Brj^X射線衍射圖譜。所有的衍射峰均對(duì)應(yīng)于CsPb2Br5的標(biāo)準(zhǔn)XRD圖譜，說(shuō)明純度高，無(wú)雜相。
[0038]采用本發(fā)明所提出的方法來(lái)制備CsPb2Br^，必須精確控制混合溶液中Pb2與+Cs2+的摩爾比為2:1。如果Pb2+與Cs2+的摩爾比過(guò)高時(shí)，最終產(chǎn)物仍然為單相CsPb2Br5,但是會(huì)損耗初始原料，造成浪費(fèi)；如果Pb2+與Cs2+的摩爾比過(guò)低時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物不純，有部分CsPbBr3生成。
[0039]以下將以兩個(gè)對(duì)比例做具體說(shuō)明:
[0040]對(duì)比例一:
[0041 ]首先，將0.758g ?13(0130)0)2在30°(:下溶解于811^ HBr溶液中。將0.425g CsBr在30°C下溶解于由4mL H2O和8mL HBr水溶液組成的混合溶液中。將配置好的兩種溶液混合，其中Cs+與Pb2+的摩爾比為1:1，在40°C下反應(yīng)Ih后得到沉淀，將沉淀過(guò)濾后用無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌多次，再將洗滌產(chǎn)物置入真空烘箱中，在50°C下干燥3h，得到最終產(chǎn)物。
[0042]本實(shí)施例中提到的HBr溶液的質(zhì)量百分濃度為48%。
[0043]圖4為對(duì)比例一所制備產(chǎn)物的X射線衍射圖譜?？梢钥闯觯a(chǎn)物中除了CsPb2Br5外，還有CsPbBr3存在，說(shuō)明樣品不純，部分CsPb2Br5轉(zhuǎn)變?yōu)镃sPbBr3。這是因?yàn)楫?dāng)前驅(qū)體溶液中Pb2+與Cs+的摩爾比低于2:1時(shí)，由于溶液中離子化學(xué)計(jì)量比的變化，導(dǎo)致部分CsPb2Br5轉(zhuǎn)變?yōu)镃sPbBr3。
[0044]對(duì)比例二:
[0045]首先，將0.379g?13(0130)0)2在30°(:下溶解于611^ HBr溶液中。將0.425g CsBr在30°C下溶解于由4mL H2O和8mL HBr水溶液組成的混合溶液中。將配置好的兩種溶液混合，其中Cs+與Pb2+的摩爾比為1:2，在40°C下反應(yīng)Ih后得到沉淀，將沉淀過(guò)濾后用無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌多次，再將洗滌產(chǎn)物置入真空烘箱中，在50°C下干燥3h，得到最終產(chǎn)物。
[0046]本實(shí)施例中提到的HBr溶液的質(zhì)量百分濃度為48%。
[0047]圖5為對(duì)比例二所制備產(chǎn)物的X射線衍射圖譜?？梢钥闯觯a(chǎn)物中包括CsPb2Br5和CsPbBn兩相，說(shuō)明樣品不純，部分CsPb2Br5轉(zhuǎn)變?yōu)镃sPbBn。
[0048]在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)嚴(yán)格控制Pb2+與Cs2+的摩爾比，可以抑制CsPb2Br5在水溶液制備過(guò)程中的不穩(wěn)定性問(wèn)題，基于這個(gè)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明開(kāi)發(fā)了簡(jiǎn)單的溶液法來(lái)制備CsPb2Br5t3本發(fā)明通過(guò)控制Pb2+與Cs2+的摩爾比，克服了 CsPb2Br5在制備過(guò)程中的不穩(wěn)定問(wèn)題，從而可以在水溶液中制備出單相的CsPb2Br5材料。該制備方法工藝簡(jiǎn)單，所用原料價(jià)格低廉，適合批量化生產(chǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光電材料CsPb2Br5的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:首先配制含有Pb2+的HBr水溶液和含有Cs+的HBr水溶液，然后將含有Pb2+的HBr水溶液與含有Cs+的HBr水溶液經(jīng)溶液法反應(yīng)得到沉淀物，最后將沉淀物洗滌干燥處理后，即得光電材料CsPb2Br5。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電材料CsPb2Br5的制備方法，其特征在于，所述溶液法反應(yīng)時(shí)控制Pb2+與Cs2+的摩爾比為2:1。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光電材料CsPb2Br5的制備方法，其特征在于，所述溶液法的反應(yīng)溫度為30?50 0C，溶液法的反應(yīng)時(shí)間為I?3h。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光電材料CsPb2Bn的制備方法，其特征在于，所述沉淀物用無(wú)水乙醇或無(wú)水乙醚洗滌。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光電材料CsPb2Bn的制備方法，其特征在于，所述沉淀物經(jīng)洗滌后在30?60°C下經(jīng)真空干燥處理。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光電材料CsPb2Bn的制備方法，其特征在于，所述配制含有Pb2+的HBr水溶液時(shí)采用的原料為Pb (CH3COO) 2或者Pb (NO3) 2，其中Pb2+與HBr的摩爾比為1:(2 ?15)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光電材料CsPb2Br5的制備方法，其特征在于，所述配制含有Pb2+的HBr水溶液時(shí)溫度控制在20?50 °C。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光電材料CsPb2Bn的制備方法，其特征在于，所述配制含有Cs+的HBr水溶液時(shí)采用的原料為CsBr，其中CsBr、H20和HBr的摩爾比為1: (I?20): (I?.20)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種光電材料CsPb2Br5的制備方法，其特征在于，所述配制含有Cs+的HBr水溶液時(shí)控制溫度為20?50 °C。
【文檔編號(hào)】C01G21/00GK105948107SQ201610496168
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月28日
【發(fā)明人】蘇興華, 張靜, 白鴿, 周杰, 包吉明, 王振軍, 趙鵬
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)安大學(xué)