一种低污染的高效率钙钛矿量子点及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低污染的高效率钙钛矿量子点及其制备方法。本发明专利技术创造提供一种低污染的高效率钙钛矿量子点为CsPbBr3/Cs4PbBr6复合结构。低污染高效率钙钛矿量子点材料制备方法通过添加1，9‑二溴壬烷(C9H18Br2)补充反应液中Br离子的不足，通过增加Cs

A Low Pollution and High Efficiency Perovskite Quantum Dot and Its Preparation Method

The invention provides a low pollution and high efficiency perovskite quantum dot and a preparation method thereof. The invention provides a low pollution and high efficiency perovskite quantum dot with CsPbBr3/Cs4PbBr6 composite structure. Low pollution and high efficiency preparation of perovskite quantum dots by adding 1,9_dibromononane (C9H18Br2) to supplement the deficiency of Br ions in the reaction solution, by increasing Cs

【技术实现步骤摘要】
一种低污染的高效率钙钛矿量子点及其制备方法
本专利技术创造属于发光功能材料
，尤其是涉及一种低污染的高效率钙钛矿量子点及其制备方法。
技术介绍
量子点纳米材料有着许多的发光特性，在一些领域有着较为广泛的应用，如太阳能电池表面涂覆、LED、激光、生物荧光标记等。而全无机的钙钛矿量子点有着自己独特的优点，CsPbBr3量子点的半峰宽为20nm左右，且具有较好的发光性能，相较于有机无机杂化的钙钛矿材料来说稳定性也更好，所以这种铅卤基的钙钛矿材料也被称为含着金钥匙出生的孩子。但是，这种材料同时也有很多缺陷，例如：与商用的锡化镉量子点的稳定性比较还远远不够；材料不易大规模制备；Pb元素对环境不友好等。也正是这些原因，使得这种全无机钙钛矿量子点无法应用于实际生产中。对于Pb元素的环境污染问题也有一些解决方案，例如：向这种铅卤基的钙钛矿薄膜中掺入Mn元素来替代部分Pb元素；也有研究尝试过使用Sn、Ti、Ge等代替Pb元素，但是稳定性不好，在空气中极易分解；使用Bi元素替代Pb元素，这种方法制备出的钙钛矿晶粒与晶粒之间界限明显，增大薄膜粗糙度，降低器件效率。以上研究都只是关注量子点自身的铅，其实，在合成过程中铅的利用率低，其污染更为严重。有研究通过掺杂增加基底的介孔层孔隙率，使PbI2更好地渗透在基底介孔中，使CH3NH3I(MAI)与PbI2反应更加充分降低Pb残留。但在现有的热注入材料制备过程中Pb元素利用率很低，废液中含有大量的Pb元素。根据CsPbBr3量子点合成化学式如下：Cs++Pb2++3Br-→CsPbBr3，目前文献报道的合成方案中油酸铯和溴化铅的摩尔比1:4，因此在完全反应的情况下废液中还存在75％的铅离子。然而当油酸铯的量提高到与铅离子相同时即摩尔比1:1，但此时溴离子明显是少量的，根据反应式在完全反应的情况下铯离子和铅离子均有1/3未参与反应。同时在这种情况下制备的量子点由于存在大量的溴缺陷，光学性能不理想。因此提高油酸铯的注入量无法降低废液中铅离子的含量。
技术实现思路
针对制备过程中Pb元素利用率低，废液中含有大量的Pb元素对环境不友好的问题，开发一种Pb元素高利用率的钙钛矿量子点合成方法，基于文献调研和实验发现，Pb元素利用率低的根本原因是反应液中的Br-离子含量低引起的。通过增加反应液中的Br-离子，提高CsOA的注入量，来实现Pb元素的高效利用。另外还发现过量的CsOA可以合成CsPbBr3/Cs4PbBr6，这种材料中的Cs4PbBr6，能够提高材料的光学性能，即量子产率和稳定性。因此，本专利技术的目的是提高Pb元素的利用率，减少对环境的污染的同时提高材料的光学性能和稳定性。这些特性对于发光材料的研究以及推动这种低污染的高效率钙钛矿量子点由理论研究走向实际应用具有重要的科学价值和战略意义。为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：一种低污染的高效率钙钛矿量子点制备方法，其特征在于：所述通过添加1,9-二溴壬烷(1,9-DB)，补充Br元素的不足，同时通过增加Cs+的含量，提高Pb元素的利用率，降低对环境的污染。优选的，过量的Cs+可以形成CsPbBr3/Cs4PbBr6复合结构，提高量子点的量子产率达到95％，在无水乙醇中的稳定性也有巨幅的提升。一种低污染的高效率钙钛矿量子点制备方法，包括如下步骤：(1)配料：称量碳酸铯粉末，油酸，加入十八烯于三颈瓶中加热，在100-120℃保持0.5-1.5h，加热至145-155℃直到碳酸铯粉末完全溶解得到油酸铯，油酸铯浓度为0.1-0.4mol/L，将温度保持在95-105℃待用；称量溴化铅粉末，十八烯于四颈瓶中，100-120℃保温0.5-1.5h干燥去除试剂，因为十八稀不纯可能会有极少量的水；加入油酸，油胺后升温至170-180℃并保持25-35min；(2)注入：向溶解的溴化铅溶液中添加1,9二溴壬烷，反应观察到溶液变为淡黄色且不再透明，分步注入过量油酸铯反应，Cs+:Pb2+比为1-4:2,得到的量子点是CsPbBr3/Cs4PbBr6复合核壳结构。优选的，一种低污染的高效率钙钛矿量子点制备方法，包括如下步骤：(1)配料：称量碳酸铯粉末0.814g，十八烯10ml，油酸2.5ml于三颈瓶中加热，在120℃保持1h，加热至150℃直到碳酸铯粉末完全溶解得到油酸铯，其浓度为0.4mol/L，将温度保持在100℃待用；称量溴化铅粉末0.2936g，十八烯24ml于四颈瓶中，100℃保温1h干燥去除试剂；加入油酸1ml，油胺6ml后升温至175℃并保持30min；(2)注入：向溶解的溴化铅溶液中添加0.35ml1,9二溴壬烷，反应5min，观察到溶液变为淡黄色且不再透明，注入1ml油酸铯反应5min得到量子点。优选的，一种低污染的高效率钙钛矿量子点制备方法，包括如下步骤：(1)配料：称量碳酸铯粉末0.814g，十八烯10ml，油酸2.5ml于三颈瓶中加热，在120℃保持1h，加热至150℃直到碳酸铯粉末完全溶解得到油酸铯，其浓度为0.4mol/L，将温度保持在100℃待用；称量溴化铅粉末0.2936g，十八烯24ml于四颈瓶中，100℃保温1h干燥去除试剂；加入油酸1ml，油胺6ml后升温至175℃并保持30min；(2)注入：向溶解的溴化铅溶液中添加0.35ml1,9二溴壬烷，反应5min，观察到溶液变为淡黄色且不再透明，注入1ml油酸铯反应5min后再注入1ml油酸铯反应5min得到量子点。优选的，一种低污染的高效率钙钛矿量子点制备方法，包括如下步骤：(1)配料：称量碳酸铯粉末0.814g，十八烯10ml，油酸2.5ml于三颈瓶中加热，在120℃保持1h，加热至150℃直到碳酸铯粉末完全溶解得到油酸铯，其浓度为0.4mol/L，将温度保持在100℃待用；称量溴化铅粉末0.2936g，十八烯24ml于四颈瓶中，100℃保温1h干燥去除试剂；加入油酸1ml，油胺6ml后升温至175℃并保持30min；(2)注入：向溶解的溴化铅溶液中添加0.35ml1,9二溴壬烷，反应5min，观察到溶液变为淡黄色且不再透明，注入1ml油酸铯反应5min后再注入1ml油酸铯反应5min后再注入1ml油酸铯反应5min得到量子点。优选的，一种低污染的高效率钙钛矿量子点制备方法，包括如下步骤：(1)配料：称量碳酸铯粉末0.814g，十八烯10ml，油酸2.5ml于三颈瓶中加热，在120℃保持1h，加热至150℃直到碳酸铯粉末完全溶解得到油酸铯，其浓度为0.4mol/L，将温度保持在100℃待用；称量溴化铅粉末0.2936g，十八烯24ml于四颈瓶中，100℃保温1h干燥去除试剂；加入油酸1ml，油胺6ml后升温至175℃并保持30min；(2)注入：向溶解的溴化铅溶液中添加0.35ml1,9二溴壬烷，反应5min，观察到溶液变为淡黄色且不再透明，注入1ml油酸铯反应5min后再注入1ml油酸铯反应5min后再注入1ml油酸铯反应5min后再注入1ml油酸铯反应5min得到量子点。优选的，所述步骤2中的所有反应均在氩气(Ar)条件下进行，氩气流量为：20cm3/s。本专利技术的一种低污染的高效率钙钛矿量子点制备方法，通过1,9-二溴壬烷(1,9-DB)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低污染的高效率钙钛矿量子点，其特征在于：量子点为CsPbBr3/Cs4PbBr6复合核壳结构，CsPbBr3为核层，Cs4PbBr6为壳层包覆在CsPbBr3外侧。

【技术特征摘要】
1.一种低污染的高效率钙钛矿量子点，其特征在于：量子点为CsPbBr3/Cs4PbBr6复合核壳结构，CsPbBr3为核层，Cs4PbBr6为壳层包覆在CsPbBr3外侧。2.一种低污染的高效率钙钛矿量子点制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)配料：称量碳酸铯粉末，油酸，加入十八烯于三颈瓶中加热，在100-120℃保持0.5-1.5h，加热至145-155℃直到碳酸铯粉末完全溶解得到油酸铯，油酸铯浓度为0.1-0.4mol/L，将温度保持在95-105℃待用；称量溴化铅粉末，十八烯于四颈瓶中，100-120℃保温0.5-1.5h干燥去除试剂；加入油酸，油胺后升温至170-180℃并保持25-35min；(2)注入：向溶解的溴化铅溶液中添加1,9二溴壬烷，反应观察到溶液变为淡黄色且不再透明，分步注入过量油酸铯，使得Cs+:Pb2+比为1-4:2，反应得到量子点，得到的量子点是CsPbBr3/Cs4PbBr6复合核壳结构。3.权利要求2所述一种低污染的高效率钙钛矿量子点制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)配料：称量碳酸铯粉末0.814g，十八烯10ml，油酸2.5ml于三颈瓶中加热，在120℃保持1h，加热至150℃直到碳酸铯粉末完全溶解得到油酸铯，其浓度为0.4mol/L，将温度保持在100℃待用；称量溴化铅粉末0.2936g，十八烯24ml于四颈瓶中，100℃保温1h干燥去除试剂；加入油酸1ml，油胺6ml后升温至175℃并保持30min；(2)注入：向溶解的溴化铅溶液中添加0.35ml1,9二溴壬烷，反应5min，观察到溶液变为淡黄色且不再透明，注入1ml油酸铯反应5min得到量子点。4.权利要求2所述一种低污染的高效率钙钛矿量子点制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)配料：称量碳酸铯粉末0.814g，十八烯10ml，油酸2.5ml于三颈瓶中加热，在120℃保持1h，加热至150℃直到碳酸铯粉末完全溶解得到油酸铯，其浓度为0.4mol/L，将温度保持在100℃待用；称量溴化铅粉末0.2936g，十八烯24ml于四颈瓶中，100℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岚，郑哲轩，莫兆军，卢秋杰，张晓松，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12