一种原位掺杂型的钙钛矿纳米晶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种原位掺杂型的钙钛矿纳米晶及其制备方法和应用。本发明专利技术的原位掺杂型的钙钛矿纳米晶的制备方法，包括以下步骤：1)将三溴化锑或溴化铋溶于有机溶剂中，得到前驱体溶液；2)将可溶的金属盐加入步骤1)中的前驱体溶液后，再加入溴化铯，得到复合前驱体溶液；3)将步骤2)中的复合前驱体溶液滴加入反溶剂溶液中，得到原位掺杂型的钙钛矿纳米晶。本发明专利技术提供的制备方法不仅制备工艺简单、能耗低、成本低、环保，而且制得的原位掺杂型的无铅钙钛矿纳米晶还具有光催化效率高的优势，适合实际推广与应用。际推广与应用。际推广与应用。

【技术实现步骤摘要】
一种原位掺杂型的钙钛矿纳米晶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钙钛矿材料
，具体涉及一种原位掺杂型的钙钛矿纳米晶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着工业化发展和人们环保意识的提高，环境的治理越来越引起人们的重视。在去除污染物的技术中，光催化以其绿色清洁的优势具有广阔的前景。目前，相关人员因卤化铅钙钛矿具有高光致发光量子效率、高载流子迁移率、高光吸收系数以及较窄的半峰宽，常将其作为光电材料(例如，太阳能电池、光催化剂、半导体材料)使用。但是，卤化铅钙钛矿由于含有铅，其在制备和使用过程会对环境造成二次污染，从而一定程度阻碍了其在工业生产中的应用。
[0003]因此，亟需开发一种不含铅、光催化效率高、制备简单和能耗少、无二次污染的钙钛矿纳米晶。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种原位掺杂型的钙钛矿纳米晶及其制备方法和应用。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种原位掺杂型的钙钛矿纳米晶的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1)将三溴化锑或溴化铋溶于有机溶剂中，得到前驱体溶液；
[0008]2)将可溶的金属盐加入步骤1)中的前驱体溶液后，再加入溴化铯，得到复合前驱体溶液；
[0009]3)将步骤2)中的复合前驱体溶液滴加入反溶剂溶液中，得到原位掺杂型的钙钛矿纳米晶。
[0010]具体地，本专利技术是通过先原位掺杂，后反溶剂法制得催化效率高的原位掺杂型的钙钛矿纳米晶。本专利技术通过设计原位掺杂金属元素来增强载流子的自旋极化，避免了自陷激子发射并且抑制了光生电荷的复合，从而增强光催化的效率。同时，本专利技术设计制备一种非铅卤化钙钛既环保又能够是得钙钛矿材料价带位置更正，利于氧化端半反应，从而有助于提高自由基的形成，进而能够与掺杂的元素协同增强钙钛矿材料的光催化效率。最后，本专利技术通过利用反溶剂法提纯原位掺杂型的钙钛矿纳米晶，进一步提高材料的利用率、回收率和光催化效率。
[0011]优选地，步骤1)所述有机溶剂选自二甲基亚砜、N,N
‑
二甲基甲酰胺中的至少一种。
[0012]具体地，这里有机溶剂的极性较大，为后续反溶剂法奠定下了基础。
[0013]优选地，步骤1)所述前驱体溶液中的溶质含量为0.3mol/L～0.8mol/L。
[0014]进一步优选地，步骤1)所述前驱体溶液中的溶质含量为0.4mol/L～0.6mol/L。
[0015]具体地，步骤1)所述前驱体溶液中的溶质为三溴化锑或溴化铋。
[0016]优选地，步骤2)所述可溶性金属盐选自MnBr2、CoBr2、CuBr2中的至少一种。
[0017]进一步优选地，步骤2)所述可溶性金属盐选自MnBr2、CoBr2中的至少一种。
[0018]优选地，步骤1)所述三溴化锑或溴化铋、步骤2)所述可溶的金属盐、步骤2)所述溴化铯的摩尔比为(0.5～1.5)：(0.4～2.3)：1。
[0019]进一步优选地，步骤1)所述三溴化锑或溴化铋、步骤2)所述可溶的金属盐、步骤2)所述溴化铯的摩尔比为(0.6～1.0)：(0.5～0.8)：1。
[0020]优选地，步骤3)所述反溶剂溶液选自氯仿、异丙醇、二氯甲烷、油胺中的至少一种。
[0021]进一步优选地，步骤3)所述反溶剂溶液是由油胺和氯仿混合而成。
[0022]优选地，所述油胺和氯仿的体积比为1:8～1:12。
[0023]进一步优选地，所述油胺和氯仿的体积比为1:9～1:10。
[0024]优选地，步骤3)所述复合前驱体溶液和反溶剂溶液的体积比为1:8～1:12。
[0025]进一步优选地，步骤3)所述复合前驱体溶液和反溶剂溶液的体积比为1:10。
[0026]优选地，步骤3)所述滴加的速率为0.05mL/min～0.2mL/min。
[0027]进一步优选地，步骤3)所述滴加的速率为0.08mL/min～0.12mL/min。
[0028]优选地，步骤1)和步骤2)还包括搅拌的步骤，且搅拌速率为400r/min～1200r/min。
[0029]优选地，步骤1)中的搅拌的时间为20min～40min。
[0030]优选地，步骤2)中的搅拌的时间为20min～30min。
[0031]优选地，步骤1)和步骤2)是在温度为15℃～35℃的条件下进行的。
[0032]进一步优选地，步骤1)和步骤2)是在温度为20℃～30℃的条件下进行的。
[0033]优选地，步骤4)还包括离心、收集沉淀、洗涤沉淀、干燥的步骤。
[0034]优选地，所述离心使用的转速为8000r/min～10000r/min。
[0035]优选地，所述洗涤沉淀用的洗涤剂选自甲苯、丙酮、乙酸乙酯中的至少一种。
[0036]优选地，所述干燥是常压干燥。
[0037]具体地，常压干燥是在101kPa左右的压力下进行干燥的。
[0038]优选地，所述干燥的温度为60℃～80℃。
[0039]优选地，所述干燥的时间为10h～16h。
[0040]第二方面，本专利技术提供了一种由第一方面所述制备方法制得的原位掺杂型的钙钛矿纳米晶。
[0041]优选地，所述原位掺杂型的钙钛矿纳米晶包括Cs3Sb2Br9主体结构或Cs3Bi2Br9主体结构、原位掺杂的金属离子。
[0042]优选地，所述原位掺杂的金属离子的掺杂量为0.1wt％～20wt％。
[0043]进一步优选地，所述原位掺杂的金属离子的掺杂量为1.0wt％～5.0wt％。
[0044]优选地，所述原位掺杂的金属离子为Co
2+
、Mn
2+
、Cu
2+
。
[0045]优选地，当主体结构为Cs3Sb2Br9主体结构，所述原位掺杂的金属离子占据的Cs3Sb2Br9主体结构中的Sb的所处的位点。
[0046]优选地，当主体结构为Cs3Bi2Br9主体结构，所述原位掺杂的金属离子占据的Cs3Bi2Br9主体结构中的Bi的所处的位点。
[0047]优选地，所述原位掺杂型的钙钛矿纳米晶为六方晶系结构。
[0048]优选地，所述原位掺杂型的钙钛矿纳米晶的粒径为10nm～60nm。
[0049]第三方面，本专利技术提供一种第二方面所述原位掺杂型的钙钛矿纳米晶在光催化污水处理中的应用。
[0050]优选地，所述污水含有有机染料。
[0051]优选地，所述有机染料为甲基橙、甲基绿、甲基橙、罗丹明B中的一种或多种。
[0052]优选地，所述污水中的有机染料的浓度为8mg/L～20mg/L。
[0053]优选地，所述应用中原位掺杂型的钙钛矿纳米晶的用量和污水体积之比为1g/L～3g/L。
[0054本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位掺杂型的钙钛矿纳米晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将三溴化锑或溴化铋溶于有机溶剂中，得到前驱体溶液；2)将可溶的金属盐加入步骤1)中的前驱体溶液后，再加入溴化铯，得到复合前驱体溶液；3)将步骤2)中的复合前驱体溶液滴加入反溶剂溶液中，得到原位掺杂型的钙钛矿纳米晶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述有机溶剂选自二甲基亚砜、N,N
‑
二甲基甲酰胺中的至少一种；步骤1)所述前驱体溶液中的溶质含量为0.3mol/L～0.8mol/L；步骤2)所述可溶性金属盐选自MnBr2、CoBr2、CuBr2中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述三溴化锑或溴化铋、步骤2)所述可溶的金属盐、步骤2)所述溴化铯的摩尔比为(0.5～1.5)：(0.4～2.3)：1。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤3)所述反溶剂溶液选自氯仿、异丙醇、二氯甲烷、油胺中的至少一种。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，许婷，鲁统部，董广星，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：