一種光電材料CsPb₂Br₅的制備方法

一種光電材料CsPb₂Br₅的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種光電材料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，制備工藝簡單，所用原料價格低廉，適合批量化生產，所采用的技術方案為：將含有Pb2+的HBr水溶液與含有Cs+的HBr水溶液經溶液法反應得到沉淀物，將沉淀物洗滌干燥處理后即得光電材料CsPb2Br5。
【專利說明】
_種光電材料GsPb2Br5的制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于半導體材料制備工藝技術領域，具體涉及一種光電材料CsPb2Br5的制備方法。
【背景技術】
[0002]CsPb2Br5半導體材料是一種新型的光電材料，具有載流子迀移率高、擴散長度長、光吸收能力強、發光效率高以及光穩定性好等優點。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。目前，研究者已經采用CsPb2Br5制備了太陽能電池，LED，以及(:#13280量子點激光器。CsPb2Br5在光電及光伏領域有著潛在的巨大應用價值。
[0003]常見的制備CsPb2Br5的方法是將CsBr和PbBr2分別溶解于DMF、DMS0等有機溶劑中形成溶液，然后將兩種溶液混合，從而得到CsPb2Br5。這種制備方法工藝簡單，但是要用到價格較為昂貴的有機試劑。同時，無水的制備環境具有很大的局限性，限制了 CsPb2Br5的批量化生產。因此，開發原料價格低廉，且能在水溶液中制備CsPb2Br5的方法具有重要的意義。

【發明內容】

[0004]為了解決現有技術中的問題，本發明提出一種能夠在水溶液中制備出單相高純的CsPb2Br5材料，制備工藝簡單，所用原料價格低廉，適合批量化生產的光電材料CsPb2Br5的制備方法。
[0005]為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案為: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水溶液經溶液法反應得到沉淀物，最后將沉淀物洗滌干燥處理后，即得光電材料CsPb2Br5。
[0006]所述溶液法反應時控制Pb2+與Cs2+的摩爾比為2:1。
[0007]所述溶液法的反應溫度為30?50°C，溶液法的反應時間為I?3h。
[0008]所述沉淀物用無水乙醇或無水乙醚洗滌。
[0009]所述沉淀物經洗滌后在30?60°C下經真空干燥處理。
[0010]所述配制含有Pb2+的HBr水溶液時采用的原料為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水溶液時溫度控制在20?50 °C。
[0012]所述配制含有Cs+的HBr水溶液時采用的原料為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水溶液時控制溫度為20?50°C。
[0014]與現有技術相比，本發明首先分別制備含有Pb2+和Cs+的HBr水溶液，然后經過經溶液法反應得到CsPb2Br^淀物，沉淀物經過洗滌干燥處理，即得到光電材料CsPb2Br5,本發明通過簡單的溶液法來制備CsPb2Br5,通過控制Pb2+與Cs2+的摩爾比，克服了CsPb2Br5在制備過程中的不穩定問題，防止最終產物CsPb2Br5在水溶液中轉變為CsPbBr3，從而在水溶液中制備出單相的CsPb2Br5材料，該制備方法工藝簡單，所用原料價格低廉，適合批量化生產，制備出來的CsPb2Br5M料經過X射線衍射試驗，說明純度高，并經過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]進一步，本發明通過精確控制混合反應溶液中Pb2與+Cs2+的摩爾比為2:1，得到的光電材料CsPb2Br5純度高，無雜相，具有優良的光學性能，如果Pb2+與Cs2+的摩爾比過高時，最終產物仍然為單相CsPb2Br5,但是會損耗初始原料，造成浪費;如果Pb2+與Cs2+的摩爾比過低時，反應產物不純，有部分CsPbBr3生成。
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例一中所制備CsPb2Brj^X射線衍射圖譜；
[0017]圖2為實施例一中所制備CsPb2Brd^UV-Vis吸收光譜和PL光譜；
[0018]圖3為實施例二中所制備CsPb2Brj^X射線衍射圖譜；
[0019]圖4為對比例一中所制備樣品的X射線衍射圖譜；
[0020]圖5為對比例二中所制備樣品的X射線衍射圖譜。
【具體實施方式】
[0021]下面結合具體的實施例和說明書附圖對本發明作進一步的解釋說明。
[0022]本發明制備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得到CsPb2Br5沉淀，然后濾出CsPb2Br5沉淀，用無水乙醇反復洗滌后，在真空條件下進行干燥處理，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I?3h，得到白色沉淀；
[0026]4)將步驟3)得到的白色沉淀過濾，用無水乙醇或無水乙醚洗滌，在30?60°C下真空干燥，最終得到CsPb2Br5粉末。
[0027]步驟I)中HBr溶液的質量百分濃度為48%。
[0028]本發明優選的制備方法是將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Ih后得到CsPb2Br5沉淀，然后濾出CsPb2Br5沉淀，將其用無水乙醇洗滌后，在溫度為50 V的真空烘箱中進行干燥處理，最后得到CsPb2Br5。
[0029]實施例一:
[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Ih后得到白色的(^13收5沉淀，將沉淀過濾后用無水乙醇反復洗滌3次，再將洗滌產物置入真空烘箱中，在50°C下干燥3h，得到CsPb2Br5。[0031 ]本實施例中提到的HBr溶液的質量百分濃度為48%。
[0032]圖1為所制備CsPb2Br^X射線衍射圖譜。所有的衍射峰均對應于CsPb2Br5的標準XRD圖譜，說明純度高，無雜相。
[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為直接帶隙半導體，禁帶寬度為2.35eV，在526nm處有一個發光峰。由于其高純度及優良的光電性能，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Ih后得到白色沉淀，將沉淀過濾后用無水乙醇反復洗滌3次，再將洗滌產物置入真空烘箱中，在60 V下干燥2h，得到CsPb2Br5。
[0036]本實施例中提到的HBr溶液的質量百分濃度為48%。
[0037]圖3為實施例二所制備CsPb2Brj^X射線衍射圖譜。所有的衍射峰均對應于CsPb2Br5的標準XRD圖譜，說明純度高，無雜相。
[0038]采用本發明所提出的方法來制備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+的摩爾比過高時，最終產物仍然為單相CsPb2Br5,但是會損耗初始原料，造成浪費；如果Pb2+與Cs2+的摩爾比過低時，反應產物不純，有部分CsPbBr3生成。
[0039]以下將以兩個對比例做具體說明:
[0040]對比例一:
[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Ih后得到沉淀，將沉淀過濾后用無水乙醇反復洗滌多次，再將洗滌產物置入真空烘箱中，在50°C下干燥3h，得到最終產物。
[0042]本實施例中提到的HBr溶液的質量百分濃度為48%。
[0043]圖4為對比例一所制備產物的X射線衍射圖譜。可以看出，產物中除了CsPb2Br5外，還有CsPbBr3存在，說明樣品不純，部分CsPb2Br5轉變為CsPbBr3。這是因為當前驅體溶液中Pb2+與Cs+的摩爾比低于2:1時，由于溶液中離子化學計量比的變化，導致部分CsPb2Br5轉變為CsPbBr3。
[0044]對比例二:
[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Ih后得到沉淀，將沉淀過濾后用無水乙醇反復洗滌多次，再將洗滌產物置入真空烘箱中，在50°C下干燥3h，得到最終產物。
[0046]本實施例中提到的HBr溶液的質量百分濃度為48%。
[0047]圖5為對比例二所制備產物的X射線衍射圖譜。可以看出，產物中包括CsPb2Br5和CsPbBn兩相，說明樣品不純，部分CsPb2Br5轉變為CsPbBn。
[0048]在研究過程中發現，通過嚴格控制Pb2+與Cs2+的摩爾比，可以抑制CsPb2Br5在水溶液制備過程中的不穩定性問題，基于這個發現，本發明開發了簡單的溶液法來制備CsPb2Br5t3本發明通過控制Pb2+與Cs2+的摩爾比，克服了 CsPb2Br5在制備過程中的不穩定問題，從而可以在水溶液中制備出單相的CsPb2Br5材料。該制備方法工藝簡單，所用原料價格低廉，適合批量化生產。
【主權項】
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水溶液經溶液法反應得到沉淀物，最后將沉淀物洗滌干燥處理后，即得光電材料CsPb2Br5。2.根據權利要求1所述的一種光電材料CsPb2Br5的制備方法，其特征在于，所述溶液法反應時控制Pb2+與Cs2+的摩爾比為2:1。3.根據權利要求1或2所述的一種光電材料CsPb2Br5的制備方法，其特征在于，所述溶液法的反應溫度為30?50 0C，溶液法的反應時間為I?3h。4.根據權利要求1或2所述的一種光電材料CsPb2Bn的制備方法，其特征在于，所述沉淀物用無水乙醇或無水乙醚洗滌。5.根據權利要求1或2所述的一種光電材料CsPb2Bn的制備方法，其特征在于，所述沉淀物經洗滌后在30?60°C下經真空干燥處理。6.根據權利要求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.根據權利要求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水溶液時溫度控制在20?50 °C。8.根據權利要求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.根據權利要求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水溶液時控制溫度為20?50 °C。
【文檔編號】C01G21/00GK105948107SQ201610496168
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月28日
【發明人】蘇興華, 張靜, 白鴿, 周杰, 包吉明, 王振軍, 趙鵬
【申請人】長安大學