一种无金属铁电纳米晶MDABCO-NH4I3的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种宽带隙无金属钙钛矿铁电纳米晶MDABCO

【技术实现步骤摘要】
一种无金属铁电纳米晶MDABCO
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NH4I3的制备方法


[0001]本专利技术涉及压电材料领域，具体涉及一种光/压电催化剂无金属钙钛矿纳米晶MDABCO
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NH4I3的制备方法。

技术介绍

[0002]传统能源的枯竭问题和环境问题日益严重。而压电材料可以将环境中的一次能源(如机械能)转换为二次能源(如化学能)，为获取可再生能源提供了良好的范例。
[0003]卤化钙钛矿因其结构简单、光吸收强、载流子迁移率高等优点，已被广泛应用于太阳能电池、发光二极管等领域。卤化钙钛矿材料在催化领域的研究则刚刚起步。然而，传统的窄带隙钙钛矿材料由于阳离子的毒性仍然会引起环境问题，很难实现大规模的商用。无金属钙钛矿铁电材料是一类新型宽带隙的钙钛矿材料，显示出有吸引力的铁电和压电特性。由于其铁电/压电性，可以与常见的光催化进行联动，大大拓宽其在催化领域的应用。
[0004]无金属铁电钙钛矿单晶制备已有所报道，铁电单晶材料主要应用于非线性激光器等。本专利技术首次实现了纳米结构的无金属钙钛矿铁电纳米晶MDABCO
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NH4I3的制备，由于不含金属、常温制备以及纳米结构等特质，在光/压电催化等领域具有很好的应用前景。
[0005]据申请人所知，无金属钙钛矿铁电纳米晶MDABCO
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NH4I3的制备还没被报道过，是一种全新的合成方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是制备无金属钙钛矿铁电MDABCO
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NH4I3纳米晶，可以避免重金属毒性、成本昂贵等问题。
[0007]本专利技术的具体技术方案如下：一种无金属钙钛矿铁电纳米晶MDABCO
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NH4I3的制备方法，包括如下步骤：(1)将10mL DMF和2.5mL氢碘酸加入到圆底三颈烧瓶中，再加入1mL磷酸防止碘离子氧化，溶解后，称取5mmol，0.72g NH4I固体，充分溶解后，将1mL油酸和0.5mL正辛胺加入到上述混合液中，搅拌2h；(2)MDABCOI(典化N，N
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二氨基
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1，4
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二氮杂二环[2.2.2]辛烷)的制备：将2g，0.0178mol DABCO(1，4
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二氮杂二环[2.2.2]辛烷)加入到三颈烧瓶中，加入到50mL正己烷中使其完全溶解，然后向溶液中缓慢加入1.11mL碘甲烷(0.0178mol)，继续反应1.5h，反应完全后，将白色沉淀在离心速度为12000rpm条件下离心5min，用正己烷反复洗涤3
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5次后，样品于40℃下烘干，密封保存以备后用；(3)称取1.5mmol MDABCOI固体单独溶解在DMF中后，快速加入到(1)溶液中，继续搅拌5min；(4)加入20mL乙酸乙酯，迅速形成白色乳浊液，收集沉淀于12000rpm高速离心机中离心，反复洗涤5
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7次后，干燥备用。
[0008]NH4I和MDABCOI的摩尔比对于得到纯相结构的无金属钙钛矿铁电MDABCO
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NH4I3纳
米晶至关重要，当两者摩尔比大于等于10∶2且小于等于10∶3时，能够得到有纯的钙钛矿相。而如果采用化学剂量比的1∶1，则得不到纯相结构的MDABCO
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NH4I3。
[0009]步骤(3)中，所述MDABCOI加入前驱体后的反应时间为5min，较短的反应时间可以抑制单晶的成核，从而形成较小的纳米尺寸。
[0010]步骤(3)中，所述洗涤溶液为乙酸乙酯。
[0011]本专利技术在室温条件下有效控制NH4I与MDABCOI的反应过程，第一次制备出纳米量级纯相结构的无金属钙钛矿铁电纳米晶MDABCO
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NH4I3。这种方法具有反应时间短、操作简单等优点，是一种全新的制备无金属全有机铁电MDABCO
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NH4I3纳米晶的方法。
附图说明
[0012]图1无金属钙钛矿铁电材料MDABCO
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NH4I3的化学结构；图2为实施例1制备的MDABCO
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NH4I3成品的XRD图谱；图3为实施例1中所获得的成品的SEM图及元素分析能谱图；图4为实施例1中所获得的成品的TEM图谱；图5为实施例1中所获得的成品的紫外可见吸收谱；图6为实施例1中所获得的成品的(a)热重曲线，(b)差热分析DSC图。图7MDABCO
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NH4I3纳米晶压电催化降解苏丹红(III)吸收光谱
具体实施方式
[0013]实施例1向100mL单颈烧瓶中加入10mL N，N
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二甲基甲酰胺和2.5mL盐酸，称取5mmol NH4I固体，搅拌使之完全溶解，再向其中加入1mL油酸和0.5mL正辛胺，搅拌2h。然后称取1.5mmol MDABCOI固体单独溶解在N，N
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二甲基甲酰胺中后逐滴加入到前驱体溶液中，继续搅拌5min，向其中加入20mL乙酸乙酯，迅速产生白色沉淀，将溶液在12000r/min高速离心机中洗涤离心5
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7次，将洗涤离心后固体于40℃下干燥12小时，得到MDABCO
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NH4I3成品。
[0014]实施例2图1无金属钙钛矿铁电材料MDABCO
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NH4I3的结构和化学结构。图2是各种比例的前驱体材料合成的纳米晶的XRD图。与报道的MDABCO
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NH4I3单晶衍射峰对比，当前驱体NH4I与MDABCOI摩尔比大于10∶3时，衍射峰在20.1
°
、23.8
°
以及25.84
°
出现轻微的杂峰(图中星号代表杂相)。当前驱体摩尔比小于等于10∶3并大于等于10∶2时，晶型与单晶纯相一致。结果表明，制备出纯相的MDABCO
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NH4I3纳米晶。
[0015]实施例3为了进一步表征其尺寸大小和形貌，我们对MDABCO
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NH4I3样品进行了SEM、EDS和TEM的表征。图3为低倍率下MDABCO
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NH4I3纳米晶的SEM图像，可以明显看出纳米晶的形状和均匀性，表明制备的纳米晶几乎是单分散的。在中等放大率下该图像清楚地显示了尺寸在370
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650nm之间的均匀纳米立方体。此外，从SEM图像中未观察到团聚或其他结构，表明成功制备了这一新型纳米尺寸的纯有机无金属卤化钙钛矿材料。SEM
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EDS结果表明了纳米晶的表面形貌，证实了钙钛矿结构中存在C、N和I元素，N与I的元素比为1∶1。TEM图像(图4)进一步证实了MDABCO
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NH4I3纳米立方体的形成。
[0016]实施例4如图5，通过紫外可见吸收分别对上述实施例1制得的MDABCO
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NH4I3纳米晶溶液的光学吸收和发光特性进行了分析。根据公式(αhv)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无金属钙钛矿铁电纳米晶MDABCO
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NH4I3的制备方法，其特征在于包含如下步骤：(1)将NH4I固体溶解在N，N
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二甲基甲酰胺和HI酸的混合溶液中，向其中加入一定量的油酸和正辛胺，搅拌反应使之完全溶解；(2)通过DABCO与碘甲烷在正己烷中反应制备MDABCOI；(3)将MDABCOI固体加入到上述前驱体溶液中，继续搅拌反应5分钟，加入乙酸乙酯，迅速产生白色固体；(4)用乙酸乙酯洗涤，在12000r/min高速离...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文超，周云，鲁峰，谷东航，冯贤斌，宋挺辉，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：