一种全无机卤化物钙钛矿材料CsPbI3纳米管及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种全无机卤化物钙钛矿材料CsPbI3纳米管及其制备方法和应用，该CsPbI3纳米管由CsPbI3纳米晶溶液通过微波反应获得；所述CsPbI3纳米管中CsPbI3的摩尔比为1:1‑1.1:3‑3.3。本发明通过微波法制备的CsPbI3纳米管是一个全新的材料，通过该方法首次在钙钛矿中制备出纳米管。本发明制备的全无机卤化物钙钛矿材料CsPbI3纳米管，具有荧光和光电响应，合成产率高，形貌均一，纳米管稳定性高；同时本发明的制备方法简单方便，原料来源广，成本低，微波方法加热迅速，受热均一；本发明的CsPbI3纳米管由于其具有独特的形态、结构和电子性质，在光电子等领域具有巨大的应用潜力。

权利要求

1.一种全无机卤化物钙钛矿材料CsPbI3纳米管，其特征在于，由CsPbI3纳米晶溶液通过微波反应获得；所述CsPbI3纳米管中Cs:Pb:I的摩尔比为1:1-1.1:3-3.3。

2.根据权利要求1所述的CsPbI3纳米管，其特征在于，所述CsPbI3纳米管为单晶、空心的纳米管。

3.根据权利要求1所述的CsPbI3纳米管，其特征在于，所述CsPbI3纳米管为长度为5-15μm，宽度为200nm-1000nm、厚度为100-500nm。

4.根据权利要求1所述的CsPbI3纳米管，其特征在于，所述CsPbI3纳米管具有荧光性能，在460nm和550nm波长附近具有荧光发射峰。

5.根据权利要求1所述的CsPbI3纳米管，其特征在于，所述CsPbI3纳米管具有光电性能，对405nm波长的光具有光敏响应。

6.一种如权利要求1所述的全无机卤化物钙钛矿材料CsPbI3纳米管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将Cs2CO3、油酸、十八碳烯混合后高温干燥，然后升温溶解Cs2CO3，得到Cs-油酸盐溶液；

（2）PbI2加入到十八碳烯中干燥，再加入油酸和油胺，溶解PbI2；然后升温，加入步骤（1）得到的Cs-油酸盐溶液进行快速反应，然后立即用冰浴停止反应，冷却，得到CsPbI3纳米晶溶液；

（3）将CsPbI3纳米晶溶液进行微波反应；反应产物通过低速离心，正己烷洗涤获得CsPbI3纳米管；所述微波反应温度为90-150℃，时间为5-120分钟。

7.根据权利要求6的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述快速反应的时间为10-15秒。

8.一种如权利要求1所述的全无机卤化物钙钛矿材料CsPbI3纳米管在光电子领域中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，所述CsPbI3纳米管在光电子领域中组装成光电探测器，在紫外光波长范围具有光响应特性。

说明书

一种全无机卤化物钙钛矿材料CsPbI3纳米管及其制备方法和

应用

技术领域

[0001] 本发明涉及全无机卤化物钙钛矿材料，具体涉及一种微波辐射法制备全无机卤化物钙钛矿材料CsPbI3纳米管及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 近年来，全无机卤化物钙钛矿材料CsPbX3(X＝Cl,Br,I)被发现具有优良的光学和电子性能，而被证实可应用于光电子领域，包括太阳能电池、发光二极管 (LED)、非线性光学性质、激光、光电探测器。在全无机卤化物钙钛矿材料领域，Kovalenko等首先使用“热注入-快速冷却法”成功的制备了CsPbX3纳米晶体。据报道这些未经优化的立方纳米晶具有超高的量子荧光产率(PLQY)和窄的荧光光谱，并且光谱波长可以通过调节卤素成分改变，覆盖整个可见光区域。同时，这些CsPbX3纳米晶体被证实具有超低阈值的放大自发发射性能并被成功地应用于激光。随后，人们通过改变反应实验参数或实验策略合成了全无机卤素钙钛矿纳米线、纳米棒、纳米簇、纳米片、纳米纸等纳米材料，将其组装成光电器件，获得了优异的性能。然而，一维全无机卤化物钙钛矿纳米管至今没有被报道。特别是一维半导体纳米管，由于其具有独特的形态、结构和电子性质，全无机 CsPbX3纳米管在光电子等领域具有巨大的应用潜力。

发明内容

[0003] 发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种全无机卤化物钙钛矿材料CsPbI3米管；该CsPbI3纳米管具有荧光和光电响应，合成产率高，纯度高，稳定性高，形貌均一。

[0004] 本发明还提供全无机卤化物钙钛矿材料CsPbI3纳米管的制备方法和应用。

[0005] 技术方案：为了实现上述目的，如本发明所述的一种全无机卤化物钙钛矿材料CsPbI3纳米管，由CsPbI3纳米晶溶液通过微波反应获得；所述CsPbI3纳米管中Cs:Pb:I摩尔比为1:1-1.1:3-3.3，

[0006] 作为优选，CsPbI3纳米管中Cs:Pb:I摩尔比为1:1:3。

[0007] 进一步地，所述CsPbI3纳米管为单晶、空心的纳米管。

[0008] 更进一步地，所述CsPbI3纳米管为长度为5-15μm，宽度为200nm-1000nm、厚度为100-500nm。

[0009] 其中，所述CsPbI3纳米管具有荧光性能，在460nm和550nm波长附近具有荧光发生峰。

[0010] 其中，所述CsPbI3纳米管具有光电性能，对405nm波长的光具有光敏响应。

[0011] 本发明所述的全无机卤化物钙钛矿材料CsPbI3纳米管的制备方法，包括如下步骤：

[0012] (1)将Cs2CO3、油酸、十八碳烯混合加入高温干燥，然后升温溶解Cs2CO3，得到Cs-油酸盐溶液；其中油酸能溶解掉Cs2CO3，摩尔量比Cs2CO3略多，十八碳烯作为溶剂；

[0013] (2)PbI2加入到十八碳烯中干燥，加入油酸和油胺溶解PbI2；然后升温，加入步骤(1)得到的Cs-油酸盐溶液进行快速反应，然后立即用冰浴停止反应，冷却，得到CsPbI3纳米晶溶液。

[0014] (3)将CsPbI3纳米晶溶液进行微波反应；反应产物通过低速离心，正己烷洗涤获得CsPbI3纳米管。CsPbI3纳米管低温保存于正己烷溶液中备用。

[0015] 作为优选，步骤(2)所述快速反应的时间为10-15秒。优选快速反应10秒。

[0016] 作为优选，步骤(3)所述微波反应温度为90-150℃，时间为5-120分钟。

[0017] 本发明所述的全无机卤化物钙钛矿材料CsPbI3纳米管在光电子领域的应用。

[0018] 进一步地，所述CsPbI3纳米管在光电子领域中组装成光电探测器，在紫外光波长范围具有光响应特性。

[0019] 有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

[0020] 本发明通过微波法制备的CsPbI3纳米管是一个全新的材料，通过该方法首次在钙钛矿中制备出纳米管。本发明制备的全无机卤化物钙钛矿材料CsPbI3纳米管，具有荧光和光电响应，合成产率高，形貌均一，纳米管稳定性高；同时本发明的制备方法简单方便，原料来源广，成本低，微波方法加热迅速，受热均一；本发明的CsPbI3纳米管通过控制温度90-150℃，微波反应不同时间获得不同 CsPbI3纳米管，由于其具有独特的形态、结构和电子性质，在光电子等领域具有巨大的应用潜力。

附图说明

[0021] 图1为本发明实施例1制备的CsPbI3纳米管的I-射线衍射图；

[0022] 图2为本发明实施例1制备的CsPbI3纳米管材料的EDS谱图；

[0023] 图3为本发明实施例1制备的CsPbI3纳米管扫描电镜图；

[0024] 图4为本发明实施例1制备的CsPbI3纳米管的透射电镜图；

[0025] 图5为本发明实施例1制备的CsPbI3纳米管的高分辨透射电镜及晶格衍射图；

[0026] 图6为本发明实施例1制备的CsPbI3纳米管的固体荧光光谱图；

[0027] 图7为本发明实施例1制备的CsPbI3纳米管组装成光电探测器的光敏响应图；

[0028] 图8为本发明实施例1制备的CsPbI3纳米管整体扫描电镜图；

[0029] 图9为本发明实施例2制备的CsPbI3纳米管扫描电镜图；

[0030] 图10为本发明实施例3制备的CsPbI3纳米管扫描电镜图；

[0031] 图11为本发明实施例4制备的CsPbI3纳米管扫描电镜图。

具体实施方式

[0032] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0033] 实施例1

[0034] (1)将0.2g Cs2CO3、0.6ml油酸、10ml十八碳烯混合加入三颈烧瓶120℃干燥1小时，然后升温溶解Cs2CO3，得到Cs-油酸盐溶液；

[0035] (2)0.348g PbI2加入到20mL十八碳烯中120℃干燥，加入2ml油酸和2ml 油胺(共同作用)溶解PbI2；然后升温到150℃，加入步骤(1)得到的Cs-油酸盐溶液1.6mL进行快速反应10秒，然后立即用冰浴停止反应，冷却，得到CsPbI3纳米晶溶液；

[0036] (3)将CsPbI3纳米晶溶液转移至微波石英管中进行微波反应，反应温度 130℃，反应30分钟；反应产物通过低速离心，正己烷洗涤获得CsPbI3纳米管。

[0037] 本实施例制备的CsPbI3纳米管中Cs:Pb:I的摩尔比为1:1:3。

[0038] 本实施例制备的CsPbI3纳米管的X-射线衍射图如图1所示，其中数字是 CsPbI3纳米管的晶面，对应的标准卡片号JCPDS 18-0376，CsPbI3纳米管经X射线衍射分析，结果表明制备的纳米管的主要衍射峰的晶面和标准数据完全对应，是纯的CsPbI3纳米管材料。

[0039] 本实施例制备的CsPbI3纳米管材料的EDS谱图如图2所示，图2表明三种元素的原子计数比约为1：1：3。

[0040] 本实施例制备的CsPbI3纳米管扫描电镜图如图3所示，CsPbI3纳米管经扫描电镜分析，结果表明制备的一维CsPbI3纳米管为开口状纳米管。

[0041] 本实施例制备的CsPbI3纳米管的透射电镜图如图4所示，CsPbI3纳米管经透射电镜分析，结果表明制备的一维CsPbI3纳米管为空心纳米管。

[0042] 本实施例制备的CsPbI3纳米管的高分辨透射电镜及晶格衍射图如图5所示， CsPbI3纳米管经高分辨透射电镜分析，结果表明制备的一维CsPbI3纳米管料为单晶。

[0043] 本实施例制备的CsPbI3纳米管的固体荧光光谱图如图6所示，CsPbI3纳米管经固体荧光光谱分析，结果表明制备的CsPbI3纳米管具有两个荧光发射峰，最大发射峰分别位于460nm和550nm左右。

[0044] 本实施例制备的CsPbI3纳米管组装成光电探测器的光敏响应图如图7所示，(图7a为CsPbI3纳米管光电探测器件的简单示意图；图7b表示CsPbI3纳米管探测器在暗场及405nm波长下的I-V特征曲线；图7c表示光探测器在不同光照强度下的可重复ON/OFF实验；图7d表示光探测器具有很好的稳定性。CsPbI3纳米管组装成光电探测器，分析结果表明纳米管在紫外光波长范围具有快速的光响应特性。从图7abc可以看出，CsPbI3纳米管具有光电性能，CsPbI3纳米管对405nm波长的光具有光敏响应。

[0045] 本实施例制备的CsPbI3纳米管的整体扫描电镜图如图8所示，CsPbI3纳米管具有高的纯度、均一的结构。长度为5-15μm、宽度200nm-1000nm、厚度100-500nm。

[0046] 实施例2

[0047] 按实施例1的相同的原料和步骤制备CsPbI3纳米管，不同之处在于微波反应温度变为110℃，实施结果扫描电镜图如图9所示，CsPbI3纳米管具有高的纯度、均一的结构，但宽度变窄。

[0048] 实施例3

[0049] 按实施例1的相同的原料和步骤制备CsPbI3纳米管，不同之处在于微波反应时间为15分钟，实施结果扫描电镜图如图10所示，纳米管平均长度相比于实施例1要短。

[0050] 实施例4

[0051] 按实施例1的相同的原料和步骤制备CsPbI3纳米管，不同之处在于微波反应时间变为60分钟，实施结果扫描电镜图如图11所示，纳米管长度平均长度相比于实施例1要长。

[0052] 实施例5

[0053] 按实施例1的相同的原料和步骤制备CsPbI3纳米管，不同之处在于步骤(2) 快速反应15秒，然后立即用冰浴停止反应，冷却，得到CsPbI3纳米晶溶液；

[0054] 步骤(3)微波反应，反应温度90℃，反应120分钟；反应产物通过低速离心，正己烷洗涤获得CsPbI3纳米管。本实施例制备的CsPbI3纳米管中Cs:Pb:I的摩尔比为1:1.1:3.3。

[0055] 实施例6

[0056] 按实施例1的相同的原料和步骤制备CsPbI3纳米管，不同之处在于步骤(2) 快速反应12秒，然后立即用冰浴停止反应，冷却冷却，得到CsPbI3纳米晶溶液；步骤(3)微波反应，反应温度150℃，反应5分钟；反应产物通过低速离心，正己烷洗涤获得CsPbI3纳米管。本实施例制备的CsPbI3纳米管中Cs:Pb:I的摩尔比为1:1.1:3.2。