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CN105948107A - 一种光电材料CsPb2Br5的制备方法 - Google Patents

一种光电材料CsPb2Br5的制备方法 Download PDF

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张静
白鸽
周杰
包吉明
王振军
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Abstract

本发明公开了一种光电材料CsPb2Br5的制备方法,目的在于,能够在水溶液中制备出单相高纯的CsPb2Br5材料,制备工艺简单,所用原料价格低廉,适合批量化生产,所采用的技术方案为:将含有Pb2+的HBr水溶液与含有Cs+的HBr水溶液经溶液法反应得到沉淀物,将沉淀物洗涤干燥处理后即得光电材料CsPb2Br5

Description

一种光电材料CsPb2Br5的制备方法
技术领域
本发明属于半导体材料制备工艺技术领域,具体涉及一种光电材料CsPb2Br5的制备方法。
背景技术
CsPb2Br5半导体材料是一种新型的光电材料,具有载流子迁移率高、扩散长度长、光吸收能力强、发光效率高以及光稳定性好等优点。由于其良好的光电性能,CsPb2Br5的制备及其光电性能研究成为目前的研究热点。目前,研究者已经采用CsPb2Br5制备了太阳能电池,LED,以及CsPb2Br5量子点激光器。CsPb2Br5在光电及光伏领域有着潜在的巨大应用价值。
常见的制备CsPb2Br5的方法是将CsBr和PbBr2分别溶解于DMF、DMSO等有机溶剂中形成溶液,然后将两种溶液混合,从而得到CsPb2Br5。这种制备方法工艺简单,但是要用到价格较为昂贵的有机试剂。同时,无水的制备环境具有很大的局限性,限制了CsPb2Br5的批量化生产。因此,开发原料价格低廉,且能在水溶液中制备CsPb2Br5的方法具有重要的意义。
发明内容
为了解决现有技术中的问题,本发明提出一种能够在水溶液中制备出单相高纯的CsPb2Br5材料,制备工艺简单,所用原料价格低廉,适合批量化生产的光电材料CsPb2Br5的制备方法。
为了实现以上目的,本发明所采用的技术方案为:包括以下步骤:首先配制含有Pb2+的HBr水溶液和含有Cs+的HBr水溶液,然后将含有Pb2+的HBr水溶液与含有Cs+的HBr水溶液经溶液法反应得到沉淀物,最后将沉淀物洗涤干燥处理后,即得光电材料CsPb2Br5
所述溶液法反应时控制Pb2+与Cs2+的摩尔比为2:1。
所述溶液法的反应温度为30~50℃,溶液法的反应时间为1~3h。
所述沉淀物用无水乙醇或无水乙醚洗涤。
所述沉淀物经洗涤后在30~60℃下经真空干燥处理。
所述配制含有Pb2+的HBr水溶液时采用的原料为Pb(CH3COO)2或者Pb(NO3)2,其中Pb2+与HBr的摩尔比为1:(2~15)。
所述配制含有Pb2+的HBr水溶液时温度控制在20~50℃。
所述配制含有Cs+的HBr水溶液时采用的原料为CsBr,其中CsBr、H2O和HBr的摩尔比为1:(1~20):(1~20)。
所述配制含有Cs+的HBr水溶液时控制温度为20~50℃。
与现有技术相比,本发明首先分别制备含有Pb2+和Cs+的HBr水溶液,然后经过经溶液法反应得到CsPb2Br5沉淀物,沉淀物经过洗涤干燥处理,即得到光电材料CsPb2Br5,本发明通过简单的溶液法来制备CsPb2Br5,通过控制Pb2+与Cs2+的摩尔比,克服了CsPb2Br5在制备过程中的不稳定问题,防止最终产物CsPb2Br5在水溶液中转变为CsPbBr3,从而在水溶液中制备出单相的CsPb2Br5材料,该制备方法工艺简单,所用原料价格低廉,适合批量化生产,制备出来的CsPb2Br5材料经过X射线衍射试验,说明纯度高,并经过UV-Vis吸收光谱及PL光谱分析,所制备的光电材料CsPb2Br5具有高纯度及优良的光电性能,能够作为制备光电器件以及光伏器件的吸光材料。
进一步,本发明通过精确控制混合反应溶液中Pb2+Cs2+的摩尔比为2:1,得到的光电材料CsPb2Br5纯度高,无杂相,具有优良的光学性能,如果Pb2+与Cs2+的摩尔比过高时,最终产物仍然为单相CsPb2Br5,但是会损耗初始原料,造成浪费;如果Pb2+与Cs2+的摩尔比过低时,反应产物不纯,有部分CsPbBr3生成。
附图说明
图1为实施例一中所制备CsPb2Br5的X射线衍射图谱;
图2为实施例一中所制备CsPb2Br5的UV-Vis吸收光谱和PL光谱;
图3为实施例二中所制备CsPb2Br5的X射线衍射图谱;
图4为对比例一中所制备样品的X射线衍射图谱;
图5为对比例二中所制备样品的X射线衍射图谱。
具体实施方式
下面结合具体的实施例和说明书附图对本发明作进一步的解释说明。
本发明制备CsPb2Br5的方法是将Pb(CH3COO)2或者Pb(NO3)2在一定温度下溶解于HBr水溶液中,得到含有Pb2+的HBr水溶液,将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水溶液在一定温度下反应得到CsPb2Br5沉淀,然后滤出CsPb2Br5沉淀,用无水乙醇反复洗涤后,在真空条件下进行干燥处理,最终得到CsPb2Br5。具体的制备光电材料CsPb2Br5的方法,包括以下步骤:
1)将Pb(CH3COO)2或Pb(NO3)2加入到HBr溶液中,其中Pb2+的与HBr的摩尔比为1:(2~15),然后在20~50℃下溶解,得到澄清溶液A;
2)将CsBr加入到HBr溶液中,CsBr、H2O、HBr的摩尔比为1:(1~20):(1~20),在20~50℃下溶解,得到澄清溶液B;
3)将步骤2)得到的澄清溶液B与步骤1)得到的澄清溶液A混合,Pb2+与Cs+的摩尔比为2:1,在30~50℃下反应1~3h,得到白色沉淀;
4)将步骤3)得到的白色沉淀过滤,用无水乙醇或无水乙醚洗涤,在30~60℃下真空干燥,最终得到CsPb2Br5粉末。
步骤1)中HBr溶液的质量百分浓度为48%。
本发明优选的制备方法是将Pb(CH3COO)2在30℃下溶解于HBr溶液中,其中Pb(CH3COO)2中的Pb2+与HBr的摩尔比为1:(2~15);将CsBr在30℃下溶解于HBr溶液中,CsBr/H2O/HBr的摩尔比为1:(1~20):(1~20);将得到的两种溶液按照Pb2+与Cs2+的摩尔比为2:1混合,在40℃下反应1h后得到CsPb2Br5沉淀,然后滤出CsPb2Br5沉淀,将其用无水乙醇洗涤后,在温度为50℃的真空烘箱中进行干燥处理,最后得到CsPb2Br5
实施例一:
首先,将0.758g Pb(CH3COO)2在30℃下溶解于8mL的HBr溶液中;将0.213g CsBr在30℃下溶解于由1mL H2O和2mL HBr溶液组成的混合溶液中,将配置好的两种溶液混合,其中Pb2+与Cs+的摩尔比为2:1,在40℃下反应1h后得到白色的CsPb2Br5沉淀,将沉淀过滤后用无水乙醇反复洗涤3次,再将洗涤产物置入真空烘箱中,在50℃下干燥3h,得到CsPb2Br5
本实施例中提到的HBr溶液的质量百分浓度为48%。
图1为所制备CsPb2Br5的X射线衍射图谱。所有的衍射峰均对应于CsPb2Br5的标准XRD图谱,说明纯度高,无杂相。
图2为所制备CsPb2Br5的UV-Vis吸收光谱及PL光谱,由图2可以看出,所制备的CsPb2Br5为直接带隙半导体,禁带宽度为2.35eV,在526nm处有一个发光峰。由于其高纯度及优良的光电性能,所制备的CsPb2Br5可作为制备光电器件以及光伏器件的吸光材料。
实施例二:
首先,将0.758g Pb(CH3COO)2在40℃下溶解于8mL的HBr溶液中;将0.213g CsBr在30℃下溶解于由3mL H2O和3mL HBr溶液组成的混合溶液中,将配置好的两种溶液混合,其中Pb2+与Cs+的摩尔比为2:1,在40℃下反应1h后得到白色沉淀,将沉淀过滤后用无水乙醇反复洗涤3次,再将洗涤产物置入真空烘箱中,在60℃下干燥2h,得到CsPb2Br5
本实施例中提到的HBr溶液的质量百分浓度为48%。
图3为实施例二所制备CsPb2Br5的X射线衍射图谱。所有的衍射峰均对应于CsPb2Br5的标准XRD图谱,说明纯度高,无杂相。
采用本发明所提出的方法来制备CsPb2Br5时,必须精确控制混合溶液中Pb2+Cs2+的摩尔比为2:1。如果Pb2+与Cs2+的摩尔比过高时,最终产物仍然为单相CsPb2Br5,但是会损耗初始原料,造成浪费;如果Pb2+与Cs2+的摩尔比过低时,反应产物不纯,有部分CsPbBr3生成。
以下将以两个对比例做具体说明:
对比例一:
首先,将0.758g Pb(CH3COO)2在30℃下溶解于8mL HBr溶液中。将0.425g CsBr在30℃下溶解于由4mL H2O和8mL HBr水溶液组成的混合溶液中。将配置好的两种溶液混合,其中Cs+与Pb2+的摩尔比为1:1,在40℃下反应1h后得到沉淀,将沉淀过滤后用无水乙醇反复洗涤多次,再将洗涤产物置入真空烘箱中,在50℃下干燥3h,得到最终产物。
本实施例中提到的HBr溶液的质量百分浓度为48%。
图4为对比例一所制备产物的X射线衍射图谱。可以看出,产物中除了CsPb2Br5外,还有CsPbBr3存在,说明样品不纯,部分CsPb2Br5转变为CsPbBr3。这是因为当前驱体溶液中Pb2+与Cs+的摩尔比低于2:1时,由于溶液中离子化学计量比的变化,导致部分CsPb2Br5转变为CsPbBr3
对比例二:
首先,将0.379g Pb(CH3COO)2在30℃下溶解于6mL HBr溶液中。将0.425g CsBr在30℃下溶解于由4mL H2O和8mL HBr水溶液组成的混合溶液中。将配置好的两种溶液混合,其中Cs+与Pb2+的摩尔比为1:2,在40℃下反应1h后得到沉淀,将沉淀过滤后用无水乙醇反复洗涤多次,再将洗涤产物置入真空烘箱中,在50℃下干燥3h,得到最终产物。
本实施例中提到的HBr溶液的质量百分浓度为48%。
图5为对比例二所制备产物的X射线衍射图谱。可以看出,产物中包括CsPb2Br5和CsPbBr3两相,说明样品不纯,部分CsPb2Br5转变为CsPbBr3
在研究过程中发现,通过严格控制Pb2+与Cs2+的摩尔比,可以抑制CsPb2Br5在水溶液制备过程中的不稳定性问题,基于这个发现,本发明开发了简单的溶液法来制备CsPb2Br5。本发明通过控制Pb2+与Cs2+的摩尔比,克服了CsPb2Br5在制备过程中的不稳定问题,从而可以在水溶液中制备出单相的CsPb2Br5材料。该制备方法工艺简单,所用原料价格低廉,适合批量化生产。

Claims (9)

1.一种光电材料CsPb2Br5的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:首先配制含有Pb2+的HBr水溶液和含有Cs+的HBr水溶液,然后将含有Pb2+的HBr水溶液与含有Cs+的HBr水溶液经溶液法反应得到沉淀物,最后将沉淀物洗涤干燥处理后,即得光电材料CsPb2Br5
2.根据权利要求1所述的一种光电材料CsPb2Br5的制备方法,其特征在于,所述溶液法反应时控制Pb2+与Cs2+的摩尔比为2:1。
3.根据权利要求1或2所述的一种光电材料CsPb2Br5的制备方法,其特征在于,所述溶液法的反应温度为30~50℃,溶液法的反应时间为1~3h。
4.根据权利要求1或2所述的一种光电材料CsPb2Br5的制备方法,其特征在于,所述沉淀物用无水乙醇或无水乙醚洗涤。
5.根据权利要求1或2所述的一种光电材料CsPb2Br5的制备方法,其特征在于,所述沉淀物经洗涤后在30~60℃下经真空干燥处理。
6.根据权利要求1或2所述的一种光电材料CsPb2Br5的制备方法,其特征在于,所述配制含有Pb2+的HBr水溶液时采用的原料为Pb(CH3COO)2或者Pb(NO3)2,其中Pb2+与HBr的摩尔比为1:(2~15)。
7.根据权利要求6所述的一种光电材料CsPb2Br5的制备方法,其特征在于,所述配制含有Pb2+的HBr水溶液时温度控制在20~50℃。
8.根据权利要求1或2所述的一种光电材料CsPb2Br5的制备方法,其特征在于,所述配制含有Cs+的HBr水溶液时采用的原料为CsBr,其中CsBr、H2O和HBr的摩尔比为1:(1~20):(1~20)。
9.根据权利要求8所述的一种光电材料CsPb2Br5的制备方法,其特征在于,所述配制含有Cs+的HBr水溶液时控制温度为20~50℃。
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Application publication date: 20160921

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