一种全无机钙钛矿纳米棒的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种全无机钙钛矿纳米棒的制备方法及其应用。在惰性气体气氛中，以一定温度下注入含铯和铅的前驱体溶液，经过极短的反应时间后迅速冰水浴降温，经过重复离心分离、再分散、洗涤过程得到具有Cs4PbBr6结构的全无机纳米颗粒；第二步骤则是使得该溶液与水相接触，则得到具有较强荧光的全无机CsPbBr3钙钛矿纳米棒，该材料能够应用于绿光LED器件且具有优异的量子效率。本发明专利技术通过调控反应时间来控制所得全无机钙钛矿纳米棒的长径比，该纳米棒的发光范围在518nm～520nm之间，其在LED器件上的应用且具有良好的应用前景。

Preparation and application of a fully inorganic perovskite nanorod

The invention discloses a preparation method and application of a fully inorganic perovskite nanorod. In an inert gas atmosphere, the precursor solution containing cesium and lead is injected at a certain temperature. After a very short reaction time, the ice water is cooled rapidly. After repeated centrifuge separation, re dispersion and washing, the Cs4PbBr6 structure is obtained. The second step is to make the solution contact with the aqueous phase, then the solution is obtained. The full inorganic CsPbBr3 perovskite nanorods with strong fluorescence can be applied to green LED devices with excellent quantum efficiency. This invention controls the length to diameter ratio of all inorganic perovskite nanorods by controlling reaction time. The luminescence range of the nanorods is between 518nm and 520nm, and its application on LED devices has a good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种全无机钙钛矿纳米棒的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种全无机钙钛矿纳米棒的制备方法及其应用，尤其涉及一种具有新型形貌且可应用于高效LED器件的全无机钙钛矿纳米棒的制备方法和应用，属于纳米材料制备

技术介绍
随着社会的高速发展，人类对于能源的需求日益增加，在能源领域，种类繁多的半导体材料作为主导已经活跃了数年，在这其中，钙钛矿结构纳米材料基于其优异的发光性能，如发光范围可调，发光效率高和发光谱线窄等，受到了人们极大的关注，随之出现的合成技术和应用领域也都在不断地扩大，在这其中，由热注入方法得到的钙钛矿结构纳米材料在太阳能电池以及发光二极管领域的应用最为突出。钙钛矿结构通常为正交，四方，立方晶系，其中，立方晶系是现在实验水平最方便得到也是最稳定的一种晶相。钙钛矿材料根据其组分的不同分为有机-无机杂化钙钛矿和全无机钙钛矿；有机-无机杂化的钙钛矿主要以CH3NH3PbX3(X＝C1，Br，I)为代表，由于其吸收光谱能够涵盖比较宽的太阳光谱，而且电子和空穴的迁移效率较高，可以被用于制备能量转换效率高达20％的太阳能电池，同时，该类材料作为直接带隙半导体也具有发光的性能，因此，近年来得到广泛的应用。但是由于该类材料在水氧条件下极其不稳定，因此合成相对较为稳定的材料以及如何提高该类材料的稳定性成为了该领域的一大挑战；再加上有机-无机杂化的钙钛矿其激子结合能较低，缺陷相对较多，导致其量子产率较低，从而在一定程度上限制了其在发光领域的应用。近年来，全无机钙钛矿CsPbX3(X＝C1，Br，I)逐渐进入人们的视野，引起了广泛的关注，由于其具有较高的量子产率，平衡的电子空穴迁移寿命使得该类材料在发光二极管，激光器，太阳能电池以及光探测方面表现出了巨大的应用潜力，到目前为止的数据显示，全无机钙钛矿纳米材料在发光二极管领域的最高效率达到8.73％；而在太阳能电池领域的能量转和效率已达到13.43％，随着全无机钙钛矿纳米材料在各个领域的效率持续刷新，对于材料合成的方法以及其稳定性的提升作为当今研究领域的一大热门迅速发展。迄今为止，合成胶体CsPbBr3钙钛矿纳米晶体颗粒的主要方法包括高温热注入法，室温再沉淀法，溶剂热法，水热法，微波法以及化学气相沉积法等，所制备得到的CsPbBr3钙钛矿纳米材料形貌多为纳米立方体，纳米线，纳米片等，但在诸多的形貌中，我们还没有发现尺寸均一且长径比可调的纳米棒结构。据了解，胶体CsPbBr3钙钛矿纳米晶体的物理性质与形貌和尺寸息息相关，通过调控材料的尺寸和改变其形貌能够很好地调控材料的光电性能。发光二极管(LightEmittingDiode,LED)被称为最新的绿色能源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，广泛应用于各种指示、显示、光源等领域，根据使用功能的不同，可以划分为信息显示、信号灯、车用灯具、液晶屏背光源、通用照明等五大类。在众多胶体CsPbX3钙钛矿纳米材料中，作为LED光源的材料种类繁多，各不相同，纳米立方体制备得到的LED效率最高为8.73％，但至今还未报道过全无机钙钛矿纳米棒在LED方面的应用前景如何，但所有存在的这些材料在器件的稳定性方面以及材料优化方面都存在着巨大的挑战。
技术实现思路
针对上述存在的技术方面的问题，本专利技术提供了一种具有新型形貌且尺寸均一的全无机钙钛矿纳米棒的制备方法及其应用，通过调控反应时间控制所得全无机钙钛矿纳米棒的长径比，得到了直径为20nm,长径比范围为1～17的的高效全无机CsPbBr3钙钛矿纳米棒，同时实现了其在LED器件上的应用，具有良好的应用前景。为实现上述专利技术目的，本专利技术的一种全无机钙钛矿纳米棒的制备方法，其为以下步骤：(1)将碳酸铯溶于有机溶液中，搅拌完全溶解，然后将溶液抽真空，除去水分和低沸点物质，然后在惰性气体氛围下加热并搅拌以制得铯的前驱体溶液；(2)将溴化铅溶于有机溶液中，搅拌完全溶解，然后将溶液抽真空，除去水分和低沸点物质，然后通入惰性气体保护，同时加热升温此溶液得到铅的前驱体溶液；(3)将步骤(1)制备的铯的前驱体溶液迅速加入至步骤(2)的铅的前驱体溶液中，经过极短的反应时间后迅速降温；(4)降温结束后，经过至少一次的离心分离、分散和洗涤，得到具有Cs4PbBr6结构的全无机纳米颗粒溶液，将此溶液与水接触，调控水接触时间得到长径比不同的纳米棒，得到的纳米棒经过至少一次的离心分离、分散和洗涤，得到具有荧光性质的全无机CsPbBr3钙钛矿纳米棒。所述步骤(1)中对铯的前驱体溶液抽真空时，铯的前驱体溶液的温度为110℃，抽真空持续时间30min，最终铯的前驱体溶液加热至温度为150℃。所述步骤(2)中对铅的前驱体溶液抽真空时，铅的前驱体溶液的温度为80℃，抽真空持续时间30min，最终铅的前驱体溶液加热升温至温度为140℃。所述步骤(3)中混合反应时间为10秒，降温采用冰水浴降温。所述步骤(1)和步骤(2)中的有机溶液为含有C＝C的C18直链有机溶剂。所述有机溶液为油酸、油胺、十八烯中的至少一种。最终得到的全无机CsPbBr3钙钛矿纳米棒的直径为20nm,长径比范围为1～17，该纳米棒的发光范围在518nm～520nm之间。所述步骤(4)中，Cs4PbBr6纳米颗粒溶液与水的体积比为1:1，与水接触时间为6-72h，分散时分散溶剂为非极性溶剂。一种全无机钙钛矿纳米棒的应用，得到的全无机CsPbBr3钙钛矿纳米棒应用于高效LED器件，全无机CsPbBr3钙钛矿纳米棒通过旋涂的方式负载于多层结构的ITO导电玻璃上。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1)采用将大量铯的前驱体高温注入到含铅的混合溶液中的方法，在惰性气体环境中，以快速成核，铯源过量的方式制备得到尺寸均一的具有Cs4PbBr6结构的全无机纳米颗粒2)本专利技术的前驱体制备方法可在短时间内完成，随后的所得到的具有Cs4PbBr6结构的全无机纳米颗粒尺寸均一性好，为之后的水触发反应得到尺寸均一的纳米棒打下了良好的基础。3)本专利技术所采用的制备全无机CsPbBr3钙钛矿纳米棒的方法较为简单，为水触发，考虑到所需触发时间长短不一，因此强调本专利技术所得到的纳米棒区别于以往的全无机CsPbBr3钙钛矿纳米材料，为一种新型的形貌，并且具有较高的荧光寿命以及量子产率的全无机CsPbBr3钙钛矿纳米棒。4)本专利技术所制备的全无机CsPbBr3钙钛矿纳米棒可分散在正己烷中，并且具有良好的稳定性，该溶液在空气中保存期限大于1个月。基于该材料的稳定性以及尺寸可调所引起荧光寿命长短区别以及荧光量子产率的区别使得该类材料具有重要的实际应用价值，尤其是在制备高效LED器件方面有着良好的应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例1的一种全无机CsPbBr3钙钛矿纳米棒制备方法的流程图；图2：(a)为本专利技术实施例1制备的尺寸大约为10纳米的具有Cs4PbBr6结构的全无机纳米颗粒的透射电镜照片；(b)为本专利技术实施例1制备的长径比为1.25的CsPbBr3钙钛矿纳米棒的透射电镜照片；(c)为本专利技术实施例2制备的长径比为1.9的CsPbBr3钙钛矿纳米棒的透射电镜照片；(d)为本专利技术实施例3制备的长径比为2.25的CsPbBr3钙钛矿纳米棒的透射电镜照片；(e)为本专利技术实施例4制备的长径比为3的CsPb本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全无机钙钛矿纳米棒的制备方法，其特征在于，为以下步骤：(1)将碳酸铯溶于有机溶液中，搅拌完全溶解，然后将溶液抽真空，除去水分和低沸点物质，然后在惰性气体氛围下加热并搅拌以制得铯的前驱体溶液；(2)将溴化铅溶于有机溶液中，搅拌完全溶解，然后将溶液抽真空，除去水分和低沸点物质，然后通入惰性气体保护，同时加热升温此溶液得到铅的前驱体溶液；(3)将步骤(1)制备的铯的前驱体溶液迅速加入至步骤(2)的铅的前驱体溶液中，经过极短的反应时间后迅速降温；(4)降温结束后，经过至少一次的离心分离、分散和洗涤，得到具有Cs4PbBr6结构的全无机纳米颗粒溶液，将此溶液与水接触，调控与水接触时间得到长径比不同的纳米棒，得到的纳米棒经过至少一次的离心分离、分散和洗涤，得到具有荧光性质的全无机CsPbBr3钙钛矿纳米棒。

【技术特征摘要】
1.一种全无机钙钛矿纳米棒的制备方法，其特征在于，为以下步骤：(1)将碳酸铯溶于有机溶液中，搅拌完全溶解，然后将溶液抽真空，除去水分和低沸点物质，然后在惰性气体氛围下加热并搅拌以制得铯的前驱体溶液；(2)将溴化铅溶于有机溶液中，搅拌完全溶解，然后将溶液抽真空，除去水分和低沸点物质，然后通入惰性气体保护，同时加热升温此溶液得到铅的前驱体溶液；(3)将步骤(1)制备的铯的前驱体溶液迅速加入至步骤(2)的铅的前驱体溶液中，经过极短的反应时间后迅速降温；(4)降温结束后，经过至少一次的离心分离、分散和洗涤，得到具有Cs4PbBr6结构的全无机纳米颗粒溶液，将此溶液与水接触，调控与水接触时间得到长径比不同的纳米棒，得到的纳米棒经过至少一次的离心分离、分散和洗涤，得到具有荧光性质的全无机CsPbBr3钙钛矿纳米棒。2.如权利要求1所述的一种全无机钙钛矿纳米棒的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中对铯的前驱体溶液抽真空时，铯的前驱体溶液的温度为110℃，抽真空持续时间30min，最终铯的前驱体溶液加热至温度为150℃。3.如权利要求1所述的一种全无机钙钛矿纳米棒的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中对铅的前驱体溶液抽真空时，铅的前驱体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张桥，杨迪，曹暮寒，徐勇，李鹏丽，仲启轩，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32