一種可控甲胺鉛碘納米線的制備方法與流程

本發明屬于太陽能電池及光電器件領域，其涉及一種有機無機雜化鈣鈦礦結構甲胺鉛碘納米線的制備，屬于技術領域。

背景技術：

近幾年，能源危機問題以及環境污染嚴重，促使鈣鈦礦結構的材料成為研究熱點，由于其制備工藝簡單，優良的光電性能，使得甲胺鉛碘、甲胺鉛溴、甲胺鉛氯以及混合型的鈣鈦礦結構材料的研究以及應用成為熱潮。

目前，有關甲胺鉛碘薄膜的制備層出不覺，一步溶液法和兩步溶液法制備出甲胺鉛碘薄膜，甚至氣相輔助液相的方法也可以制備甲胺鉛碘薄膜，有關甲胺鉛碘(ch3nh3pbi3)納米線的制備較少，其中一般溶解碘化鉛的溶劑都是有機溶劑，本文采用無機水溶劑析出碘化鉛的特點制備出碘化鉛(pbi2)納米線，并且使用氣相蒸發的方法制備甲胺鉛碘納米線。

技術實現要素：

本發明的目的為針對現有技術中的缺陷和不足，本文提供一種鈣鈦礦結構甲胺鉛碘納米線的制備方法，并且通過改變pbi2的二甲基甲酰胺(dmf)溶液的濃度可以得到不同長度和數目的pbi2納米線。該方法利用dmf是pbi2的良性溶劑，而水是pbi2的非良性溶劑，通過向pbi2的dmf溶液中加入水，進而從混合溶液中析出pbi2納米線，通過蒸發甲胺碘(ch3nh3i)粉末的方法制備ch3nh3pbi3納米線，并且可以通過改變pbi2的dmf溶液的濃度和單位體積的pbi2的dmf溶液加入水的量對ch3nh3pbi3納米線進行有效調控。本發明制備工藝簡單，成本低，可用于大面積制備，可以應用于太陽能電池及光電探測器領域。

本發明的技術方案為：

一種可控甲胺鉛碘納米線的制備方法，該方法包括以下步驟：

第一步，配置濃度為0.167mol/l～0.271mol/l的pbi2溶液，溶液的溶劑為二甲基甲酰胺；

第二步，將pbi2溶液置于容器中，然后溫度為70～80℃下攪拌0.5～0.75小時；

第三步，向上面裝有pbi2溶液的容器中加入去離子水，密封靜置10～11小時；其中，每毫升pbi2溶液加0.14～0.26毫升去離子水；

第四步，將上步密封靜止后的容器震蕩，然后在磁力攪拌機上攪拌2～5min，得到分散液；

第五步，將上步得到的分散液滴加到清洗后的玻璃片上，然后放在旋涂機上旋涂7s～15s，得到碘化鉛納米線；其中，每平方厘米滴加100μl～200μl分散液；旋涂機轉速為2000r/min～4000r/min；

第六步，將甲胺碘粉末均勻鋪在培養皿上，用夾子將旋涂后玻璃片平行固定在培養皿表面上方相距0.8～1.1厘米處，玻璃片上有pbi2的一面朝向甲胺碘粉末；其中，每平方厘米鋪灑0.125g～0.5g甲胺碘粉末；

第七步，將培養皿放在已經升溫至140℃～160℃的真空烘箱中，保持該溫度下1.5小時～2.5小時，得到甲胺鉛碘納米線。

所述的甲胺鉛碘納米線的制備方法中，得到的甲胺鉛碘納米線長度可以通過pbi2溶液濃度調控：當pbi2的dmf溶液的濃度在0.167mol/l～0.271mol/l范圍內增長時，且單位體積的pbi2的dmf溶液加入去離子水的體積在0.14～0.26倍范圍內增長時，得到的甲胺鉛碘納米線長度在50um～300um范圍內呈現出遞減。

所述的第五步中的玻璃片的清洗為依次經過去離子水，乙醇和丙酮清洗。

所述的第七步中的真空干燥箱的氣氛為氮氣氣氛。

本發明的有益效果為：

本發明制備工藝簡單，成本低；制備出純相的ch3nh3pbi3納米線長度為數十個微米甚至上百個微米級別，并且證實了通過改變pbi2的dmf溶液的濃度和單位體積的pbi2溶液所加入的去離子水的量能夠有效調控ch3nh3pbi3納米線的長度與數量。這樣可以通過調控ch3nh3pbi3納米線的長度控制載流子的傳輸路徑，使載流子不容易發生復合，可進一步增大電流，從而可以應用于太陽能電池以及光電探測器領域。

附圖說明

圖1為實施例1中得到的甲胺鉛碘納米線的xrd衍射圖。

圖2為實施例1中得到的碘化鉛納米線的sem圖。

圖3為實施例1中得到的甲胺鉛碘納米線的sem圖。

圖4為實施例2中得到的甲胺鉛碘納米線的xrd衍射圖。

圖5為實施例2中得到的碘化鉛納米線的sem圖。

圖6為實施例2中得到的甲胺鉛碘納米線的sem圖。

圖7為實施例3中得到的甲胺鉛碘納米線的xrd衍射圖。

圖8為實施例3中得到的碘化鉛納米線的sem圖。

圖9為實施例3中得到的甲胺鉛碘納米線的sem圖。

具體實施方式

下面將結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述：

實施例1：純相甲胺鉛碘納米線的制備過程

第一步，在螺口瓶中配置濃度為0.271mol/l的pbi2溶液，溶劑為dmf；

第二步，將螺口瓶密封置于水浴磁力攪拌機中，溫度為80℃，保溫下攪拌45min；

第三步，向上述溶液加入0.25倍體積的去離子水，密封靜置11小時；

第四步，用力晃動裝有上述溶液的螺口瓶，使底部沉淀分散于溶液中，另外可以在磁力攪拌機上攪拌2min；

第五步，準備2cm*2cm的干凈玻璃片，將600μl分散液滴在玻璃片上，放在旋涂機上，轉速為4000r/min，旋轉10s，得到pbi2納米線；

第六步，將1.5gch3nh3i粉末均勻鋪在干凈的培養皿上，鋪張面積為5cm²，用帶有雙面膠的夾子將玻璃片樣品騰空固定在培養皿中，使玻璃片上有pbi2的那面朝向ch3nh3i,并保證與培養皿底部平行不接觸，保持距離大概1cm左右,并用大一些的培養皿罩在上面；

第七步，將盛有樣品的培養皿放在已經升溫至150℃的真空烘箱中，并進行抽真空、充氮氣，重復兩次，保證真空烘箱中為氮氣氣氛，壓強為0.02mpa，之后保持該溫度下2小時，得到ch3nh3pbi3納米線。

圖1為純相的甲胺鉛碘納米線的xrd衍射圖，從圖中可以看出，在衍射峰2θ＝14.28°、24.48°、28.35°、31.82°和40.79°處與甲胺鉛碘的衍射峰對應，且無其他物質的衍射峰，說明制備的甲胺鉛碘是純相的甲胺鉛碘。

圖2為碘化鉛納米線的sem圖，從圖中我們可以看出，碘化鉛納米線的長度達到80um左右。該方法制備出的碘化鉛納米線，為下一步甲胺鉛碘納米線的制備提供了基礎。

圖3為上述方法下制備甲胺鉛碘納米線的sem圖，從圖中可以看出，甲胺鉛碘納米線的長度可達到80um左右。碘化鉛納米線可以通過上述方法直接轉化為甲胺鉛碘納米線，說明此方法適合制備甲胺鉛碘納米線。并且通過圖2和圖3對比得：在碘化鉛制備甲胺鉛碘的過程中，納米線的長度基本不變。

實施例2：甲胺鉛碘納米線尺寸控制過程。

實施例2與實施1不同的是，碘化鉛的濃度和去離子水的體積不同。

第一步，在螺口瓶中配置濃度為0.2169mol/l的pbi2溶液，溶劑為dmf；

第二步，將螺口瓶密封置于水浴磁力攪拌機中，溫度為80℃，保溫下攪拌45min；

第三步，向上述溶液加入0.2倍體積的去離子水，密封靜置11小時；

第四步，用力晃動裝有上述溶液的螺口瓶，使底部沉淀分散于溶液中，另外在磁力攪拌機上攪拌2min；

第五步，準備2cm*2cm的干凈玻璃片，將600μl分散液滴在玻璃片上，放在旋涂機上，轉速為4000r/min，旋轉10s，得到pbi2納米線；

第六步，將1.5gch3nh3i粉末均勻鋪在干凈的培養皿上，鋪張面積為5cm²，用帶有雙面膠的夾子將玻璃片樣品騰空固定在培養皿中，使玻璃片上有pbi2的那面朝向ch3nh3i,并保證與培養皿底部平行不接觸，保持距離大概1cm左右,并用大一些的培養皿罩在上面；

第七步，將盛有樣品的培養皿放在已經升溫至150℃的真空烘箱中，并進行抽真空、充氮氣，重復兩次，保證真空烘箱中為氮氣氣氛，壓強為0.02mpa，之后保持該溫度下2小時，得到ch3nh3pbi3納米線。

圖4為純相的甲胺鉛碘納米線的xrd衍射圖，從圖中可以看出，在衍射峰2θ＝14.30°、24.38°、28.25°、31.72°和40.80°處與甲胺鉛碘的衍射峰對應，且無其他物質的衍射峰，說明制備的甲胺鉛碘是純相的甲胺鉛碘，同時說明上述濃度下的碘化鉛和對應加入的去離子水的量可以制備出純相的甲胺鉛碘。

圖5為上述濃度下碘化鉛的sem圖，從圖中可以看出，碘化鉛納米線長度達到120um左右。通過與圖2對比可得：碘化鉛的濃度和單位體積的碘化鉛溶液加入去離子水的量的減小，碘化鉛的納米線長度變長，說明碘化鉛濃度和單位體積的pbi2溶液加入去離子水的量可以影響最終碘化鉛納米線的形貌；另外,pbi2的數目明顯減少。

圖6為上述方法下制備的甲胺鉛碘納米線的sem圖，從圖中可以看出，碘化鉛濃度減小，甲胺鉛碘納米線長度達到120um左右，并且通過圖5和圖6對比得：在碘化鉛制備甲胺鉛碘的過程中，納米線的長度基本不變。通過對比圖3可得:pbi2的濃度和單位體積的pbi2溶液加入去離子水的量的減小，碘化鉛的納米線長度變長，說明碘化鉛的濃度和單位體積的pbi2溶液加入去離子水的量的變化影響甲胺鉛碘納米線的形貌；此外甲胺鉛碘的數目也明顯減少。

實施例3：甲胺鉛碘納米線尺寸控制過程。

實施例3與實施1不同的是，碘化鉛的濃度和去離子水的體積不同。

第一步，在螺口瓶中配置濃度0.1808mol/l的pbi2溶液，溶劑為dmf；

第二步，將螺口瓶密封置于水浴磁力攪拌機中，溫度為80℃，保溫下攪拌45min；

第三步，向上述溶液加入0.167倍體積的去離子水，密封靜置11小時；

第四步，用力晃動裝有上述溶液的螺口瓶，使底部沉淀分散于溶液中，另外在磁力攪拌機上攪拌2min；

第五步，準備2cm*2cm的干凈玻璃片，將600μl分散液滴在玻璃片上，放在旋涂機上，轉速為4000r/min，旋轉10s，得到pbi2納米線；

第六步，將1.5gch3nh3i粉末均勻鋪在干凈的培養皿上，鋪張面積為5cm²，用帶有雙面膠的夾子將玻璃片樣品騰空固定在培養皿中，使玻璃片上有pbi2的那面朝向ch3nh3i,并保證與培養皿底部平行不接觸，保持距離大概1cm左右,并用大一些的培養皿罩在上面；

第七步，將盛有樣品的培養皿放在已經升溫至150℃的真空烘箱中，并進行抽真空、充氮氣，重復兩次，保證真空烘箱中為氮氣氣氛，壓強為0.02mpa，之后保持該溫度下2小時，得到ch3nh3pbi3納米線。

圖7為純相的甲胺鉛碘納米線的xrd衍射圖，從圖中可以看出，在衍射峰2θ＝14.30°、24.38°、28.25°、31.72°和40.80°處與甲胺鉛碘的衍射峰對應，且無其他物質的衍射峰，說明制備的甲胺鉛碘是純相的甲胺鉛碘，同時說明上述濃度下的碘化鉛和對應加入的去離子水的量可以制備出純相的甲胺鉛碘。

圖8為上述濃度下碘化鉛的sem圖，從圖中可以看出，碘化鉛納米線長度達到200um左右。通過與圖5對比可得：碘化鉛的濃度和單位體積的碘化鉛溶液加入去離子水的量減小時，碘化鉛的納米線長度變長，說明碘化鉛濃度和單位體積的碘化鉛溶液加入去離子水的量可以影響最終碘化鉛納米線的形貌；另外,pbi2的數目明顯減少。

圖9為上述方法下制備的甲胺鉛碘納米線的sem圖，從圖中可以看出，碘化鉛濃度和單位體積的碘化鉛溶液加入去離子水的量減小時，甲胺鉛碘納米線長度達到200um左右，并且通過圖8和圖9對比得：在碘化鉛制備甲胺鉛碘的過程中，納米線的長度基本不變。通過對比圖6可得:pbi2的濃度和單位體積pbi2溶液加入去離子水的量減小時，碘化鉛的納米線長度變長，說明碘化鉛的濃度和單位體積的碘化鉛溶液所加去離子水的量的變化影響甲胺鉛碘納米線的形貌；此外，甲胺鉛碘的數目也明顯減少。

實施例4

其他步驟同實施例1，不同之處濃度由0.271mol/l改為0.167mol/l，去離子水體積由0.25倍改為0.154倍。用肉眼可觀察到螺口瓶中有少量沉淀產生，在奧林巴斯顯微鏡下可觀察到pbi2納米線。

實施例5

其他步驟同實施例1，不同之處濃度由0.271mol/l改為0.155mol/l，去離子水體積由0.25倍改為0.143倍。用肉眼可觀察到螺口瓶中沒有沉淀產生，另外在奧林巴斯顯納鏡下觀察不到pbi2納米線。

實施例6

其他步驟同實施例1，不同之處濃度由0.271mol/l改為0.282mol/l，去離子水體積由0.25倍改為0.26倍。用肉眼可觀擦到當向碘化鉛的dmf溶液中加入去離子水時，立刻有大量沉淀產生，沉淀堆積在一起。另外在奧林巴斯顯納鏡下觀察不到pbi2納米線。

通過上述實施例可以看出，當pbi2的dmf溶液的濃度為0.167mol/l～0.271mol/l，且加入去離子水體積為0.14～0.26倍pbi2的dmf溶液體積時，根據以上步驟操作可以得到pbi2納米線.并且隨著濃度和單位溶液體積所加去離子水的量的增大，可以觀察到溶液中析出的碘化鉛納米線的沉淀量增加，在奧林巴斯顯納鏡下可以觀察得：當濃度為0.155mol/l，且去離子水體積為0.143倍溶液體積時，沒有pbi2納米線形成；當濃度增大至0.167mol/l，且去離子水體積為0.154倍溶液體積時，納米線長度為230um左右；當濃度增大至0.1808mol/l，且去離子水體積為0.167倍溶液體積時，納米線長度減至200um左右；當濃度增大至0.2169mol/l，且去離子水體積為0.2倍溶液體積時，納米線長度減至120um左右；濃度繼續增大至0.271mol/l，且去離子水體積為0.25倍溶液體積時，納米線的長度減小至80um左右。所以得出總結性規律：pbi2的dmf溶液的濃度為0.167mol/l～0.271mol/l，且加入去離子水體積為0.14～0.26倍pbi2的dmf溶液體積時，隨著pbi2的dmf溶液濃度和單位溶液體積加入的去離子水的量的增大，碘化鉛納米線的長度總體上呈現出遞減趨勢，長度范圍大致在50um～300um之間。由于得到的甲胺鉛碘納米線是直接由碘化鉛納米線轉化而來，故甲胺鉛碘納米線的長度與pbi2的dmf溶液的濃度和單位體積的碘化鉛溶液加入去離子水的量的關系符合上述總結。

本領域的技術人員容易理解,按照說明書本領域普通技術人員能夠實施，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已,并不用以限制本發明,凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。

本發明未盡事宜為公知技術。