一种铯铋溴钙钛矿纳米片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铯铋溴钙钛矿纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将溴化铋与油酸、油胺、1‑十八烯四者混合形成混合物，接着，在持续抽真空的条件下，将该混合物加热至100‑120℃，并维持60‑120min，得到含有溴化铋的混合溶液；(2)向含有溴化铋的混合溶液充入氮气，并将温度升至170‑180℃，然后注入油酸铯溶液，反应时间维持5‑60s，即可得到包括Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片在内的反应产物。本发明专利技术通过对该制备方法整体的工艺流程设置、关键参数条件进行改进，能够有效解决纳米片制备方法复杂、成本高的问题，是全新溶液法工艺、低成本制备纳米片的方法，并且制备得到的纳米片具有高度结晶性、极好的稳定性、良好的光学特性等特点。

Preparation of cesium bismuth bromine perovskite nanosheets

The invention discloses a preparation method of cesium bismuth bromide perovskite nanotablets, which is characterized by the following steps: (1) mixing bismuth bromide with oleic acid, oleamine and 1_octadecene to form a mixture, and then heating the mixture to 100_120 under continuous vacuum conditions, and maintaining 60_120 min, obtaining the mixture. The mixed solution containing bismuth bromide; (2) The mixed solution containing bismuth bromide was filled with nitrogen, and the temperature was raised to 170 180, then injected with cesium oleate solution, the reaction time was maintained 5_60 s, and the reaction products including Cs3Bi2Br9 perovskite nanosheets were obtained. The invention can effectively solve the problems of complex preparation method and high cost by improving the overall process settings and key parameter conditions of the preparation method of the nanosheet, and is a novel solution process and low cost method for preparing the nanosheet, and the prepared nanosheet has high crystallinity and excellent stability. Good optical properties.

【技术实现步骤摘要】
一种铯铋溴钙钛矿纳米片的制备方法
本专利技术属于钙钛矿纳米材料制备
，更具体地，涉及一种铯铋溴钙钛矿纳米片的制备方法。
技术介绍
钙钛矿纳米晶是一种具有优异光学性能的半导体纳米材料，当颗粒尺寸进入纳米量级时，尺寸限域将引起量子尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应，从而派生出纳米体系不同于宏观体系和微观体系的低维物性，展现出许多不同于宏观体材料的物理化学性质。Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片作为一种新型无铅钙钛矿光电材料，既具有二维材料的可溶液加工、柔性、可穿戴性等特点，又具备钙钛矿材料结晶度高、载流子迁移率高、激子束缚能大和光吸收系数高等特性，已经成为材料研究领域的热点而受到广泛关注。传统铅系钙钛矿纳米材料具有许多重要的特征，如半峰宽窄、发光波长可调、量子产率高等。然而，具有二维结构的无铅钙钛矿纳米片却鲜有报道。二维纳米材料的性能与其厚度往往具有密切关系，以层状钙钛矿纳米片为例，当厚度较小时，该材料将具有极强的光耦合作用、晶体结构弛豫以及荧光光谱位移等特殊现象。传统二维钙钛矿纳米材料的制备方法仍存在许多问题，例如利用模板法制备纳米片，需要分为两步，首先通过气相沉积或溶液方法制备PbX2(X＝Cl/Br/I)的纳米片结构，然后，通过进一步的化学反应，将预制备的PbX2(X＝Cl/Br/I)纳米结构转变为钙钛矿纳米片，此种模板法制备过程较为复杂，需要两步反应才能得到最终产物，而且第一步反应中要用到衬底与昂贵的化学气相沉积仪器，制备成本较高，操作过程复杂，不利于大规模制备；常用的自组装生长策略，仍然需要两步法，首先通过微乳液制备技术获得单分散的钙钛矿纳米颗粒，然后从预制的钙钛矿纳米颗粒出发制备出二维钙钛矿纳米片，其中在第一步制得纳米颗粒后，还需要将其进一步提纯，才能用于下一步的制备，其操作过程复杂，不易大量制备，针对以上两种常用方法的缺点，本专利技术刚好可以弥补上述缺点，本专利技术操作过程简单，一步法即可制备出纳米片，不需要昂贵的制备仪器，对实验条件要求不高，成本低，而且可以大规模制备，适用于工业化生产，为纳米片的制备提供了一种简单方便的制备方法。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种铯铋溴钙钛矿纳米片的制备方法，其中通过对该制备方法整体的工艺流程设置、关键参数条件(如反应原料的种类及配比，各种处理所处的气氛条件、处理温度及时间等)进行改进，与传统制备纳米片的技术相比，有效解决纳米片制备方法复杂、成本高的问题，提供了一种全新溶液法工艺，低成本制备纳米片的方法；本专利技术制备得到的纳米片具有高度结晶性、极好的稳定性、良好的光学特性等特点，非常利于发挥Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片的各种优良特性；并且，本专利技术通过控制反应时间长短还可以调节纳米片尺寸的大小。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种铯铋溴钙钛矿纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将溴化铋与油酸、油胺、1-十八烯四者混合形成混合物，其中所述溴化铋在该混合物中的浓度为0.025-0.035mol/L；接着，在持续抽真空的条件下，将该混合物加热至100-120℃，并维持60-120min，使溴化铋溶解从而得到含有溴化铋的混合溶液；(2)向所述步骤(1)得到的所述含有溴化铋的混合溶液充入氮气或者氩气，并将温度升至170-180℃，然后将油酸铯溶液注入到该混合溶液中，反应时间维持5-60s，即可得到包括Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片在内的反应产物。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)中，当所述反应时间优选为5s时，所述Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片的尺寸为17-21nm；当所述反应时间优选为30s时，所述Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片的尺寸为47-53nm；当所述反应时间优选为60s时，所述Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片的尺寸为120-160nm。作为本专利技术的进一步优选，所述铯铋溴钙钛矿纳米片的制备方法，还包括以下步骤：(3)对所述步骤(2)得到的所述反应产物进行冷却；然后对冷却后的反应产物进行离心处理得到沉淀，接着向得到的所述沉淀中加入正己烷并使其分散，然后再进行离心分离得到上清液，接着向所述上清液中加入丙酮再离心即可得到Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中，所述混合物中，每0.15-0.21mmol物质的量的所述溴化铋对应所述油酸的液体体积为0.5ml，对应所述油胺的液体体积为0.5ml，对应所述1-十八烯的液体体积为5ml。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)中，注入的所述油酸铯溶液中所含的油酸铯与所述步骤(1)中所使用的溴化铋两者的摩尔比为0.76-1.07；优选的，所述油酸铯溶液的浓度为0.4mol/L。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，是先将溴化铋溶解于油酸、油胺、1-十八烯三者混合形成溶液中，形成含有溴化铋的混合溶液，再通过控制环境气氛及温度并向其中注入油酸铯溶液，可最终制备得到铯铋溴钙钛矿纳米片(即Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片)；总体来说该制备方法具有以下有益效果：(1)操作过程简单，制备过程对环境要求不高，所需设备及原材料成本低。(2)可以制备不同尺寸的纳米片。(3)适用于大量制备纳米片。(4)所得纳米片在空气中的稳定性非常好。本专利技术可以通过调节不同的反应时间长短，得到不同尺寸大小的Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片，其纳米片的生长动力学为随着反应时间的增加，其纳米片的尺寸逐渐增大。例如，当反应时间为5s时，Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片的尺寸优选为17-21nm；当反应时间为30s时，Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片的尺寸优选为47-53nm；当反应时间为60s时，Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片的尺寸优选为120-160nm。因此可以通过控制反应时间的长短，得到不同尺寸大小的纳米片。本专利技术通过对关键的制备方法原理、以及各步反应的反应条件等进行探索，优选控制溴化铋在溴化铋、油酸、油胺、1-十八烯四者混合物中的浓度为0.025-0.035mol/L(如0.03mol/L)，控制该混合物的加热温度为100-120℃，加热时间为60-120min，并且通过控制反应温度为170-180℃，反应时间维持5-60s，能够得到尺寸参数为17-160nm的Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片。本专利技术的制备方法原理为在高温下向溴化铋的混合溶液中快速注入油酸铯溶液，此时会立即成核，形成小尺寸的铯铋溴钙钛矿纳米片，然后随着反应时间的延长，小尺寸的纳米片会逐渐长大，其长大的机理是以奥斯特瓦尔德熟化进行的，即在纳米片的生长过程中，将小尺寸的纳米片分解为单体，以用于大尺寸的纳米片的生长，因此小尺寸的纳米片分解为单体，大尺寸的纳米片源源不断的消耗单体以用于自身的生长，以这种机理生长得到最后的铯铋溴钙钛矿纳米片。本专利技术使溴化铋溶解的溶解步骤是在持续抽真空下进行的，持续抽真空的目的是除去水和氧，以使得将油酸、油胺以及1-十八烯液体中的氧气和水分排除干净，从而能够得到稳定性好的铯铋溴纳米片。另外，将油酸铯的注射温度控制在170-180℃为最佳区间，注射温度较高时，油酸铯注入之后，成核速率加快，生长速率也会加快；注射温度较低时，油酸铯注入之后，成核速率减慢，生长速率也会减慢。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铯铋溴钙钛矿纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将溴化铋与油酸、油胺、1‑十八烯四者混合形成混合物，其中所述溴化铋在该混合物中的浓度为0.025‑0.035mol/L；接着，在持续抽真空的条件下，将该混合物加热至100‑120℃，并维持60‑120min，使溴化铋溶解从而得到含有溴化铋的混合溶液；(2)向所述步骤(1)得到的所述含有溴化铋的混合溶液充入氮气或者氩气，并将温度升至170‑180℃，然后将油酸铯溶液注入到该混合溶液中，反应时间维持5‑60s，即可得到包括Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片在内的反应产物。

【技术特征摘要】
1.一种铯铋溴钙钛矿纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将溴化铋与油酸、油胺、1-十八烯四者混合形成混合物，其中所述溴化铋在该混合物中的浓度为0.025-0.035mol/L；接着，在持续抽真空的条件下，将该混合物加热至100-120℃，并维持60-120min，使溴化铋溶解从而得到含有溴化铋的混合溶液；(2)向所述步骤(1)得到的所述含有溴化铋的混合溶液充入氮气或者氩气，并将温度升至170-180℃，然后将油酸铯溶液注入到该混合溶液中，反应时间维持5-60s，即可得到包括Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片在内的反应产物。2.如权利要求1所述铯铋溴钙钛矿纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，当所述反应时间优选为5s时，所述Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片的尺寸为17-21nm；当所述反应时间优选为30s时，所述Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片的尺寸为47-53nm；当所述反应时间优选为60s时，所述Cs3Bi2Br9钙钛矿纳米片的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建兵，连霖源，夏勇，张道礼，刘欢，
申请(专利权)人：华中科技大学，深圳华中科技大学研究院，
类型：发明
国别省市：湖北,42