一种CsPbX3钙钛矿纳米晶及其合成方法技术

本申请涉及材料领域，具体而言，涉及一种CsPbX

A cspbx3 perovskite nanocrystal and its synthesis method

【技术实现步骤摘要】
一种CsPbX3钙钛矿纳米晶及其合成方法
本申请涉及材料领域，具体而言，涉及一种CsPbX3钙钛矿纳米晶及其合成方法。
技术介绍
全无机钙钛矿(CsPbX3。X＝Cl,Br,andI)作为一种新兴的半导体材料，由于其优异的光学性能，如高的量子产率，高的颜色纯度，长的载流子扩散长度，通过调节粒径大小，三维尺度，卤素比例即可调节其带隙大小从而发出能覆盖整个可见光的颜色，使得其成为太阳能电池，光电探测器，平面显示和照明等领域的重要材料。CsPbX3纳米晶在高温生成，并在几秒钟之内就能完成所需的结晶和形核。然后需要通过冷却的方式使化学合成反应停止。目前CsPbX3纳米晶的制备方法制得的晶粒尺寸不易控制，不均匀。
技术实现思路
本申请实施例的目的在于提供一种CsPbX3钙钛矿纳米晶及其合成方法，其旨在改善现有的CsPbX3纳米晶的制备方法制得的晶粒尺寸不易控制，不均匀的问题。本申请第一方面提供一种CsPbX3钙钛矿纳米晶的合成方法，CsPbX3钙钛矿纳米晶的合成方法包括：碳酸铯、乙酸铅、油酸、油胺、三正辛基膦与十八烯在110-130℃下反应1-2h，然后加热溶液至175-185℃，加入HX反应，然后将反应后的溶液与液氮或者液氦混合以冷却CsPbX3；X为Cl、Br以及I中的一种或者两种。采用液氮或者液氦直接与生成的CsPbX3混合以冷却CsPbX3纳米晶；液氮或者液氦的受热后气化为氮气，液氮或者液氦和氮气都是惰性物质，因此不会破坏钙钛矿的晶体结构，因此可以直接将液氮或者液氦加到高温反应溶液里面，液氮或者液氦冷却速度快，大约3秒即可使反应完全停止，相对于传统冰水冷却速度提升很多。采用液氮或者液氦直接与生成的CsPbX3混合以冷却CsPbX3纳米晶；可以避免高温形成的晶粒继续长大，也可以避免冷却过程中小晶粒的生长；获得晶粒尺寸均匀的高质量的晶体，使CsPbX3纳米晶具有高效的光电特性。本申请第二方面提供一种CsPbX3钙钛矿纳米晶，CsPbX3钙钛矿纳米晶通过本申请第一方面的CsPbX3钙钛矿纳米晶的方法制得。通过上述合成方法制得。该CsPbX3钙钛矿纳米晶晶粒尺寸分布均匀，晶粒的晶体质量好。本申请第三方面提供一种CsPbX3钙钛矿纳米晶的合成方法，X为Cl、Br以及I中的一种或者两种，CsPbX3钙钛矿纳米晶的合成方法包括：采用液氮或者液氦与生成的CsPbX3混合以冷却CsPbX3纳米晶。采用液氮或者液氦直接与生成的CsPbX3混合以冷却CsPbX3纳米晶；冷却速度快，可使反应完全停止，可以避免高温形成的晶粒继续长大，也可以避免冷却过程中小晶粒的生长。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1示出了本申请实施例1提供的CsPbBr1.5Cl1.5钙钛矿纳米晶的透射电子显微镜图，粒径统计图和选区衍射图。图2示出了本申请实施例1提供的CsPbBr1.5Cl1.5钙钛矿纳米晶的高倍透射电子显微镜图。图3示出了本申请对比例1提供的CsPbBr1.5Cl1.5钙钛矿纳米晶的透射电子显微镜图，粒径统计图和选区衍射图。图4示出了本申请对比例1提供的CsPbBr1.5Cl1.5钙钛矿纳米晶的高倍透射电子显微镜图。图5示出了本申请对比例2提供的CsPbBr1.5Cl1.5钙钛矿纳米晶的透射电子显微镜图，粒径统计图和选区衍射图。图6示出了本申请对比例2提供的CsPbBr1.5Cl1.5钙钛矿纳米晶的高倍透射电子显微镜图。图7示出了实施例1制备得到的CsPbBr1.5Cl1.5钙钛矿纳米晶的量子产率。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。CsPbX3纳米晶在高温生成，并在很短的时间(10秒钟之内)就能完成所需的结晶和形核。然后冷却使化学合成反应停止。若冷却速度不够快，使化学合成反应在不同温度的低温阶段停留，这样会造成两个现象的出现：①CsPbX3纳米晶会在低温继续形核并长为新的小晶粒，在不同温度下新形成的晶粒尺寸不一样，导致最终整体晶粒尺寸分布不均匀。且低温新形成的晶粒晶体质量较差，尤其是在低于100℃温度下，这样会削弱CsPbX3纳米晶的整体光电性能。②在高温获得的晶粒会在低温阶段会继续长大，在高温形成的晶粒拥有好的晶体质量，但若在低温继续长大，后生长部分晶体的质量要差于高温生长部分，这样会使原本光电特性较好的晶粒性能被削弱。因此，在高温生成CsPbX3纳米晶后，需要快速地通过冷却的方式来停止化学反应，避免在低温阶段停留，从而获得晶粒尺寸均匀的高质量的晶体和高效的光电特性。本申请提供一种CsPbX3钙钛矿纳米晶的合成方法，能够改善上述技术问题。下面对本申请实施例的CsPbX3钙钛矿纳米晶及其合成方法进行具体说明。CsPbX3钙钛矿纳米晶的合成方法，CsPbX3钙钛矿纳米晶的合成方法包括：采用液氮或者液氦与生成的CsPbX3混合以冷却CsPbX3纳米晶。X为Cl、Br以及I中的一种或者两种，换言之，CsPbX3可以包括CsPbCl3、CsPbBr3、CsPbI3，或者CsPbBrnCl3-n，CsPbBrnI3-n，CsPbInCl3-n，其中n为0-3中任一值。现有技术主要是通过冰水冷却CsPbX3，但是极性溶液会严重地破坏钙钛矿的晶体结构，因此水不能直接加到反应溶液里面进行冷却，只能隔着容器对高温溶液进行冷却，这极大地降低了冷却速度。冰水冷却会在低温阶段停留大约100秒，这对于CsPbX3钙钛矿纳米晶的生长来说是一个相当长的时间。专利技术人尝试用更低温度的介质间接换热，但是低温阶段的停留时间仍旧比较长，在改善CsPbX3钙钛矿纳米晶晶粒的问题来说，效果并不理想。在本申请中，采用液氮或者液氦直接与生成的CsPbX3混合以冷却CsPbX3纳米晶；液氮或者液氦的受热后气化为氮气，液氮或者液氦和氮气都是惰性物质，因此不会破坏钙钛矿的晶体结构，因此可以直接将液氮或者液氦加到高温反应溶液里面，液氮或者液氦冷却速度快，大约3秒即可使反应完全停止，相对于传统冰水冷却速度提升很多。此外，液氮和液氦温度远远低于冰水的温度。由于液氮和液氦的惰性，液氮和液氦可以直接加入到反应溶液中进行冷却，这使得液氮和液氦的冷却速度可以远远快于传统的冰水冷却。采用液氮或者液氦直接与生成的CsPbX3混合以冷却CsPbX3纳米晶；可以避免高温形成的晶粒继续长大，也可以避免冷却过程中小晶粒的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CsPbX

【技术特征摘要】
1.一种CsPbX3钙钛矿纳米晶的合成方法，其特征在于，包括：
碳酸铯、乙酸铅、油酸、油胺、三正辛基膦与十八烯在110-130℃下反应1-2h，然后加热溶液至175-185℃，加入HX反应，然后将反应后的溶液与液氮或者液氦混合以冷却CsPbX3；
其中，X为Cl、Br以及I中的一种或者两种。


2.根据权利要求1所述的CsPbX3钙钛矿纳米晶的合成方法，其特征在于，所述向反应后的溶液中加入液氮或者液氦冷却的步骤中，在溶液中加入所述HX15秒后，向反应后的溶液中加入液氮或者液氦。


3.根据权利要求1所述的CsPbX3钙钛矿纳米晶的合成方法，其特征在于，所述加热溶液至175-185℃以及加入HX反应的步骤在保护气氛围中进行。


4.根据权利要求1所述的CsPbX3钙钛矿纳米晶的合成方法，其特征在于，所述碳酸铯与所述液氮或者液氦的用量比为：1mmol碳酸铯：80ml～150ml液氮或者液氦。


5.根据权利要求1-4任一项所述的CsPbX3钙钛矿纳米晶的合成方法，其特征在于，所述碳酸铯与所述乙酸铅的摩尔比为1：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨维清，骆超，付吉，李文，淳凤君，谢美林，高玥，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51