一种制备MAPbX3纳米线的方法技术

一种制备MAPbX3纳米线的方法，本发明专利技术方法将PbX2溶于去离子水中，搅拌几分钟，静置老化一段时间，得到一维Pb(OH)X纳米线。然后再将Pb(OH)X纳米线暴露于MAX蒸气后转化为MAPbX3纳米线。制备过程中不使用任何有机溶剂、酸和碱，制备的MAPbX3纳米线与有机溶剂制备的纳米线具有相似的光学性能。该绿色制造方法可以减轻工业化过程中对环境的污染，并能显著降低成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
一种制备MAPbX3纳米线的方法


[0001]本专利技术属于铅卤钙钛矿领域，具体地涉及一种MAPbX3纳米线的制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿材料结构式一般为ABX3，A和B是两种阳离子，x是阴离子。其中MAPbBr3晶体是一类典型的钙钛矿结构材料，A位是有机阳离子CH3NH
3+
，B位Pb
2+
，x位则为卤素离子Br
‑
。MAPbBr3晶体属于立方晶系。其结构特点是：(1)B位离子和x位离子组成的八面体通过顶点的A位离子相互连接，组成稳定的三维网状结构，该结构的稳定性比共棱、共面连接更高：(2)共顶点连接会使八面体的间隙大于共棱或共面连接形成的间隙，这使得填入较大尺寸的有机胺类离子时，仍能保持稳定的结构，并且有利于缺陷的扩散迁移。这种奇特的晶体结构让它具备了很多独特的理化性质，在化学、物理领域有较大的应用前景。
[0003]此外，现有技术中制备羟卤铅矿Pb(OH)X的方法有很多，比如博士论文(沈晓芳.低维纳米材料的合成、表征及分析应用[D].天津:南开大学,2008)中介绍一种微波
‑
超声波复合辅助快速合成一维维/纳米线的Pb(OH)Br的方法，其制备过程中采用铅盐和含溴的等离子液体在传统70摄氏度下加热或者采用微波、超声或其组合的方式均得到了一维Pb(OH)Br纳米线，从其结果中可以看出，当只采用加热时得到的Pb(OH)Br直径为20
‑
30微米，当采用等离子溴盐结合微波或超声手段时可以得到直径为0.1/>‑
2微米的Pb(OH)Br，但其制备过程复杂，等离子溴盐的制备过程复杂且超声或微波能耗较高。
[0004]现有技术CN110387223A和CN110589877A均公开了一种一维微米的Pb(OH)Br的制备方法，其特征在于采用PbBr2作为前驱体，采用DMSO作为前驱体的溶剂，同时采用油酸和油胺作为配体时在常温下搅拌时可以制备得到一维微米的Pb(OH)Br。其制备方法中也需要采用大量的前驱体溶剂和配体才能制备得到一维微米的Pb(OH)Br，其制备成本较高，同时溶剂的使用也为后期产品的分离和环境污染带来一定的负面影响。
[0005]现有技术CN108807986A中公开了一种碱式氯化铅微纳结构晶体的制备方法，其采用去离子水作为溶剂，但是其制备过程中必须要加入三乙胺作为沉淀剂，同时得到的产品形貌为小棒状，小棒状的长度约为300
‑
1600nm，厚度约为30
‑
40nm，但制备过程中需要加入有毒的三乙胺试剂，容易污染环境且成本较高。
[0006]而MAPbX3的制备原理就比较简单，一般反应方程式可以简要描述如下：CH3NH3X+PbX2＝CH3NH3PbX3，目前人们已经采用了多种技术从溶液中生长MAPbX3钙钛矿单晶。包括溶液降温法，逆温差结晶法，顶部籽晶溶液生长法，反溶剂蒸汽辅助结晶法等。这些方法是通过改变温度、蒸气压等状态参数，使溶液达到过饱和，获得晶体生长的驱动力，从而使晶体从溶剂中析出。目前的这些方法中需要不同类型的有机溶剂，这些溶剂对环境有害，成本较高。

技术实现思路

[0007]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提出了一种不使用任何有机溶
剂、酸和碱制备CH3NH3PbX3(即MAPbX3)纳米线的绿色方法。根据Pb(OH)X的元素分布，只用最需要的PbX2和去离子水就可以制备得到Pb(OH)X。然后再将Pb(OH)X纳米线暴露于MAX蒸气中，转化为MAPbX3纳米线。制备的MAPbX3纳米线与现有技术中采用有机溶剂制备的纳米线具有相似的光学性能。该绿色制造方法可以减轻工业化过程中对环境的污染，并能显著降低成本。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0009]首先将PbX2溶解在去离子水中，搅拌一段时间后，静置老化一段时间，即可以获得一维纳米线状沉淀物。之后离心取沉淀，将沉淀放置在烤箱中，干燥后得到Pb(OH)X纳米线。所述纳米线直径的尺寸能够控制在500nm以内，从而形成所述一维纳米线结构。
[0010]优选的，所述X为卤素F、Cl、Br或I中的一种或多种。
[0011]优选的，所述搅拌速度控制在600
‑
900r/min。
[0012]优选的，所述搅拌时间控制在2
‑
5min。
[0013]优选的，所述搅拌温度控制在30
‑
80摄氏度。
[0014]优选的，所述静置老化时间4
‑
12小时。
[0015]然后再将Pb(OH)X纳米线旋转涂覆在石英石板上，之后再将CH3NH3X粉置于烧杯底部，最后再将铺有Pb(OH)X纳米线的石英石板材放置在烧杯的中间，Pb(OH)X纳米线面对CH3NH3X粉末，将烧杯密封，在一定温度的油浴中浸泡一定时间。
[0016]以Pb(OH)Br纳米线为例，本专利技术首先通过控制制造过程的温度和搅拌速度和时间就能得到一维Pb(OH)Br纳米线的原理在于可能利用了反应式(1)、(2)、(3)。如下分析所示，水是弱电解质，会电离出生成Pb(OH)Br沉淀的OH
‑1；快速搅拌和升温都可以提高水的电离，生成更多的OH
‑1，同样也可以提高PbBr2的溶解和电离，生成更多的Pb
2+
和Br
‑1；同样也会加快Pb
2+
、Br
‑1和OH
‑1的碰撞、发生反应；这样有助于更快的生成更多的Pb(OH)Br沉淀。Pb(OH)Br纳米线的结构可能是Pb(OH)Br纳米晶体的自组装，沿着某一晶面定向吸附，生成一维纳米线结构。
[0017]H2O＝H
+
+OH
‑1[0018]PbBr2＝Pb
2+
+2Br
‑1[0019]Pb
2+
+Br
‑1+OH
‑1＝Pb(OH)Br
↓
[0020]而当搅拌反应温度高于80摄氏度时，可能由于Pb(OH)Br生成速度过快导致无法形成尺寸均一的一维Pb(OH)Br纳米线。
[0021]2、其次本专利技术在湿法化学制备MAPbBr3的过程中，由于前驱体溶液中Pb
‑
Br的强配位键，首先形成了Pb
‑
Br共角八面体，这一现象被广泛接受。当注入MABr后，MA
+
离子逐渐填充到八面体间隙中，中和电荷并支撑Pb
‑
Br三维骨架，形成稳定的MAPbBr3晶体。不同于湿化学制备条件下Pb
2+
离子可以在体系中自由扩散，我们的体系中Pb
2+
离子固定在Pb(OH)Br的晶格中。这决定了MAPbBr3的成核和生长必须始于Pb(OH)Br表面。由于在我们的合成过程中没有使用额外的化学试剂，Pb(OH)Br的表面没有被任何有机配体覆盖。因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备MAPbX3纳米线的方法，其特征在于，步骤如下：首先采用水作为溶剂，在一定搅拌温度以及搅拌速度下，将PbX2溶解在去离子水中，搅拌一段时间后，静置老化一段时间，即可以获得一维纳米线状沉淀物Pb(OH)X，其次，再将Pb(OH)X纳米线暴露于CH3NH3X蒸汽中，转化为MAPbX3纳米线。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述X为卤素F、Cl、Br或I中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Pb(OH)X纳米线的直径尺寸为0.17
‑
1微米。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，搅拌温度控制在30
‑
50摄氏度。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，搅拌速度控制在600
‑
900r/min。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟建，
申请(专利权)人：王伟建，
类型：发明
国别省市：