一种水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术光催化材料技术领域，公开一种水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂及其制备方法和应用，所述制备方法为以亲水性的聚合物PVP作为封装材料，将CsPbI3封装于亲水性的聚合物PVP中，即获得水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂。本发明专利技术通过将CsPbI3封装在亲水性的聚合物PVP中，成功的实现CsPbI3在水中进行光催化降解。将直接带隙半导体CsPbI3用于高效的光催化降解实验中，首次将钙钛矿降解染料效率提高到20分钟降解100％的罗丹明b。效率提高到20分钟降解100％的罗丹明b。效率提高到20分钟降解100％的罗丹明b。

【技术实现步骤摘要】
一种水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光催化材料
，尤其涉及一种水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]金属卤化物钙钛矿类似于金属硫族化合物，因为它们简单的合成方法和组成工程，强大的可见光捕获能力，可调带隙，电荷载流子扩散长度长，低陷阱密度，高电荷载流子迁移率，和适当的带边位置，被确定为最有前途的光催化剂。然而，钙钛矿的形成焓相对较低，使其在外部条件的干扰下容易受到结构损伤，如氧气、极性溶剂、高温环境等。这种不稳定性严重限制了钙钛矿的广泛应用。
[0003]稳定性在涉及钙钛矿的液相和气相光催化中起着至关重要的作用。尽管全无机钙钛矿比有机金属结构具有更高的热稳定性，但由于其高极性离子结构，其利用仍然是一个挑战。
[0004]为了避免水等极性溶剂对钙钛矿造成影响，现有技术中主要采用封装技术，通过在钙钛矿表面封装涂层材料以减少或避免钙钛矿受到外界水分或气体的影响。且现有技术中采用的封装材料主要有两类：一类是如SiO2、TiO2、Al2O3等无机氧化物；另一类是如聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)等有机聚合物；然而，上述两类材料大多为电绝缘的，导致其钙钛矿被封装后，虽然能够一定程度上减少受水等极性溶剂的影响，但是钙钛矿的电荷提取和传输同样也受到上述封装材料的阻碍，导致封装后的钙钛矿材料难以应用于光催化、光电催化和太阳能电池等领域。
[0005]为此，本专利技术提供一种水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂及其制备方法和应用。

技术实现思路

[0006]为了解决上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂及其制备方法和应用。本专利技术通过将CsPbI3封装在亲水性的聚合物PVP中，利用PVP去钝化CsPbI3表面，PVP分子中的酰基和胺基中的氧原子和氮原子有孤立电子对，提供了配位中心；而且，PVP分子吸引CsPbI3中的铯离子，随着时间的延长，PVP与CsPbI3的结合，有助于CsPbI3的表面电子云密度增强，从而降低CsPbI3的表面能，进而使得本专利技术PVP功能化的CsPbI3可以保持化学稳定，同时还可以提高其光催化性能，进而使得能够应用于光催化、光电催化和太阳能电池等领域。
[0007]本专利技术的一种水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂及其制备方法和应用是通过以下技术方案实现的：
[0008]本专利技术的第一个目的是提供一种水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0009]以亲水性的聚合物PVP作为封装材料，将CsPbI3封装于亲水性的聚合物PVP中，即获得水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂。
[0010]进一步地，具体通过以下步骤进行封装：
[0011]步骤1，将亲水性的聚合物PVP均匀分散于有机溶剂中，获得封装液；
[0012]步骤2，将CsPbI3加入至所述封装液中，于室温下进行搅拌处理，随后进行超声处理，过滤、洗涤后干燥，即获得所述水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂。
[0013]进一步地，所述有机溶剂为乙醇。
[0014]进一步地，所述有机溶剂与亲水性的聚合物PVP的用量比为20mL:1～3g。
[0015]进一步地，所述CsPbI3与所述封装液的用量比为9.5～10.5mmol:20mL。
[0016]进一步地，所述搅拌处理的搅拌速率为1000～1200r/min，搅拌时间为20～40min。
[0017]进一步地，所述超声处理的超声频率为35～45KHz，超声功率为360W，超声时间为10～20min。
[0018]进一步地，所述CsPbI3通过以下步骤制得：
[0019]S1，将PbI2均匀分散于氢碘酸中，获得溶液A；
[0020]S2，将CsI均匀分散于水溶剂中，获得溶液B；
[0021]S3，将所述溶液B逐滴加入至所述溶液A中，过滤，获得的棕色的固相组分即为所述CsPbI3；
[0022]其中，所述溶液B与所述溶液A的用量比为体积比为2～4:8；
[0023]且所述溶液A中，所述PbI2与所述氢碘酸的用量比为10mmol:7～9mL；
[0024]所述溶液B中，CsI与水溶剂的用量比为10mmol:2～4mL。
[0025]本专利技术的第二个目的是提供一种上述制备方法制备的水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂。
[0026]本专利技术的第三个目的是提供一种上述水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂在降解水中染料中的应用。
[0027]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0028]将CsPbI3封装在亲水性的聚合物PVP中，成功的实现CsPbI3在水中进行光催化降解。将直接带隙半导体CsPbI3用于高效的光催化降解实验中，首次将钙钛矿降解染料效率提高到20分钟降解100％的罗丹明b。
附图说明
[0029]图1为实施例1制备的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂的TEM照片；
[0030]图2为实施例1和对比例1获得的材料在与去离子水混合后，不同放置时间下的分散和发光情况；其中，图2(a)为实施例1和对比例1获得的材料在与去离子水混合后，在日光照射下的分散情况；图2(b)至图2(d)分别为实施例1和对比例1获得的材料在与去离子水混合1Day、7Day和30Day后，在紫外光照下的发光情况；
[0031]图3为实施例1和对比例1获得的材料在与去离子水混合1Day、7Day和30Day后的荧光光谱；
[0032]图4为实施例1制备的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂在不同降解时间下，对罗丹明b的降解程度变化；
[0033]图5为实施例1制备的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂对对不同浓度的罗丹明b的降解情况。
具体实施方式
[0034]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0035]本专利技术提供一种水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂，且其制备方法如下：
[0036]以亲水性的聚合物PVP作为封装材料，将CsPbI3封装于亲水性的聚合物PVP中，即获得水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂。其中，本专利技术具体通过以下步骤进行封装：
[0037]步骤1，将亲水性的聚合物PVP均匀分散于有机溶剂中，获得封装液；
[0038]需要说明的是，本专利技术采用的有机溶剂应当满足以下两个条件即可，一是能够使得CsPbI3在其溶剂中能够保持其自身的钙钛矿活性，二是对本专利技术的封装材料PVP具有良好的溶解性，从而使得封装材料PVP在该有机溶剂中能够封装钙钛矿CsPbI3，同时溶剂也不会对CsPbI3的活性造成影响。本专利技术考虑的有机溶剂的经济效益，以及原料易得程度，优选乙醇作为有机溶剂，且为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以亲水性的聚合物PVP作为封装材料，将CsPbI3封装于亲水性的聚合物PVP中，即获得水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体通过以下步骤进行封装：步骤1，将亲水性的聚合物PVP均匀分散于有机溶剂中，获得封装液；步骤2，将CsPbI3加入至所述封装液中，于室温下进行搅拌处理，随后进行超声处理，过滤、洗涤后干燥，即获得所述水稳定性的钙钛矿CsPbI3@PVP光催化剂。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇。4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂与亲水性的聚合物PVP的用量比为20mL:1～3g。5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述CsPbI3与所述封装液的用量比为9.5～10.5mmol:20mL。6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌处理的搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜欣，华枫，唐涛，文剑锋，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：