一种光电材料CsPb<sub>2</sub>Br<sub>5</sub>的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种光电材料CsPb2Br5的制备方法，目的在于，能够在水溶液中制备出单相高纯的CsPb2Br5材料，制备工艺简单，所用原料价格低廉，适合批量化生产，所采用的技术方案为：将含有Pb2+的HBr水溶液与含有Cs+的HBr水溶液经溶液法反应得到沉淀物，将沉淀物洗涤干燥处理后即得光电材料CsPb2Br5。
【专利说明】
_种光电材料GsPb2Br5的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于半导体材料制备工艺技术领域，具体涉及一种光电材料CsPb2Br5的制备方法。
【背景技术】
[0002]CsPb2Br5半导体材料是一种新型的光电材料，具有载流子迀移率高、扩散长度长、光吸收能力强、发光效率高以及光稳定性好等优点。由于其良好的光电性能，CsPb2Br5的制备及其光电性能研究成为目前的研究热点。目前，研究者已经采用CsPb2Br5制备了太阳能电池，LED，以及(:#13280量子点激光器。CsPb2Br5在光电及光伏领域有着潜在的巨大应用价值。
[0003]常见的制备CsPb2Br5的方法是将CsBr和PbBr2分别溶解于DMF、DMS0等有机溶剂中形成溶液，然后将两种溶液混合，从而得到CsPb2Br5。这种制备方法工艺简单，但是要用到价格较为昂贵的有机试剂。同时，无水的制备环境具有很大的局限性，限制了 CsPb2Br5的批量化生产。因此，开发原料价格低廉，且能在水溶液中制备CsPb2Br5的方法具有重要的意义。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种能够在水溶液中制备出单相高纯的CsPb2Br5材料，制备工艺简单，所用原料价格低廉，适合批量化生产的光电材料CsPb2Br5的制备方法。
[0005]为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为:包括以下步骤:首先配制含有Pb2+的HBr水溶液和含有Cs+的HBr水溶液，然后将含有Pb2+的HBr水溶液与含有Cs+的HBr水溶液经溶液法反应得到沉淀物，最后将沉淀物洗涤干燥处理后，即得光电材料CsPb2Br5。
[0006]所述溶液法反应时控制Pb2+与Cs2+的摩尔比为2:1。
[0007]所述溶液法的反应温度为30?50°C，溶液法的反应时间为I?3h。
[0008]所述沉淀物用无水乙醇或无水乙醚洗涤。
[0009]所述沉淀物经洗涤后在30?60°C下经真空干燥处理。
[0010]所述配制含有Pb2+的HBr水溶液时采用的原料为Pb(CH3COO)2或者Pb(NO3)2^*Pb2+与HBr的摩尔比为1: (2?15)。
[0011 ] 所述配制含有Pb2+的HBr水溶液时温度控制在20?50 °C。
[0012]所述配制含有Cs+的HBr水溶液时采用的原料为CsBr，其中CsBrAO和HBr的摩尔比为1:(1?20):(1?20)。
[0013]所述配制含有Cs+的HBr水溶液时控制温度为20?50°C。
[0014]与现有技术相比，本发明首先分别制备含有Pb2+和Cs+的HBr水溶液，然后经过经溶液法反应得到CsPb2Br^淀物，沉淀物经过洗涤干燥处理，即得到光电材料CsPb2Br5,本发明通过简单的溶液法来制备CsPb2Br5,通过控制Pb2+与Cs2+的摩尔比，克服了CsPb2Br5在制备过程中的不稳定问题，防止最终产物CsPb2Br5在水溶液中转变为CsPbBr3，从而在水溶液中制备出单相的CsPb2Br5材料，该制备方法工艺简单，所用原料价格低廉，适合批量化生产，制备出来的CsPb2Br5M料经过X射线衍射试验，说明纯度高，并经过UV-Vis吸收光谱及PL光谱分析，所制备的光电材料CsPb2Br5具有高纯度及优良的光电性能，能够作为制备光电器件以及光伏器件的吸光材料。
[0015]进一步，本发明通过精确控制混合反应溶液中Pb2与+Cs2+的摩尔比为2:1，得到的光电材料CsPb2Br5纯度高，无杂相，具有优良的光学性能，如果Pb2+与Cs2+的摩尔比过高时，最终产物仍然为单相CsPb2Br5,但是会损耗初始原料，造成浪费;如果Pb2+与Cs2+的摩尔比过低时，反应产物不纯，有部分CsPbBr3生成。
【附图说明】
[0016]图1为实施例一中所制备CsPb2Brj^X射线衍射图谱；
[0017]图2为实施例一中所制备CsPb2Brd^UV-Vis吸收光谱和PL光谱；
[0018]图3为实施例二中所制备CsPb2Brj^X射线衍射图谱；
[0019]图4为对比例一中所制备样品的X射线衍射图谱；
[0020]图5为对比例二中所制备样品的X射线衍射图谱。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体的实施例和说明书附图对本发明作进一步的解释说明。
[0022]本发明制备CsPb2Br5的方法是将Pb(CH3⑶0)2或者Pb(NO3)2在一定温度下溶解于HBr水溶液中，得到含有Pb2+的HBr水溶液，将CsBr加入HBr水溶液中得到含有Cs+的HBr水溶液，含有Pb2+的HBr水溶液和Cs+的HBr水溶液在一定温度下反应得到CsPb2Br5沉淀，然后滤出CsPb2Br5沉淀，用无水乙醇反复洗涤后，在真空条件下进行干燥处理，最终得到CsPb2Br5。具体的制备光电材料CsPb2Br5的方法，包括以下步骤:
[0023]I)将Pb (CH3COO) 2或Pb (NO3) 2加入到HBr溶液中，其中Pb2+的与HBr的摩尔比为1:(2?15)，然后在20?500C下溶解，得到澄清溶液A;
[0024]2)将CsBr加入到HBr溶液中，CsBr、H2O、HBr的摩尔比为1: (I?20): (I?20)，在20
?50 0C下溶解，得到澄清溶液B;
[0025]3)将步骤2)得到的澄清溶液B与步骤I)得到的澄清溶液A混合，Pb2+与Cs+的摩尔比为2:1，在30?50 °C下反应I?3h，得到白色沉淀；
[0026]4)将步骤3)得到的白色沉淀过滤，用无水乙醇或无水乙醚洗涤，在30?60°C下真空干燥，最终得到CsPb2Br5粉末。
[0027]步骤I)中HBr溶液的质量百分浓度为48%。
[0028]本发明优选的制备方法是将Pb (CH3COO) 2在30 °C下溶解于HBr溶液中，其中Pb(CH3COO)2中的Pb2+与HBr的摩尔比为1: (2?15);将CsBr在30°C下溶解于HBr溶液中，CsBr/H20/HBr的摩尔比为1: (I?20): (I?20);将得到的两种溶液按照Pb2+与Cs2+的摩尔比为2:1混合，在40 °C下反应Ih后得到CsPb2Br5沉淀，然后滤出CsPb2Br5沉淀，将其用无水乙醇洗涤后，在温度为50 V的真空烘箱中进行干燥处理，最后得到CsPb2Br5。
[0029]实施例一:
[0030]首先，将0.758gPb(CH3COO)2在30°C下溶解于8mL的HBr溶液中；将0.213g CsBr在30°C下溶解于由ImL H2O和2mL HBr溶液组成的混合溶液中，将配置好的两种溶液混合，其中Pb2+与Cs+的摩尔比为2:1，在40 °C下反应Ih后得到白色的(^13收5沉淀，将沉淀过滤后用无水乙醇反复洗涤3次，再将洗涤产物置入真空烘箱中，在50°C下干燥3h，得到CsPb2Br5。[0031 ]本实施例中提到的HBr溶液的质量百分浓度为48%。
[0032]图1为所制备CsPb2Br^X射线衍射图谱。所有的衍射峰均对应于CsPb2Br5的标准XRD图谱，说明纯度高，无杂相。
[0033]图2为所制备CsPb2Brd^UV-Vis吸收光谱及PL光谱，由图2可以看出，所制备的CsPb2Br5为直接带隙半导体，禁带宽度为2.35eV，在526nm处有一个发光峰。由于其高纯度及优良的光电性能，所制备的CsPb2Br5可作为制备光电器件以及光伏器件的吸光材料。
[0034]实施例二:
[0035]首先，将0.758gPb(CH3COO)2在40°C下溶解于8mL的HBr溶液中；将0.213g CsBr在30°C下溶解于由3mL H2O和3mL HBr溶液组成的混合溶液中，将配置好的两种溶液混合，其中Pb2+与Cs+的摩尔比为2:1，在40°C下反应Ih后得到白色沉淀，将沉淀过滤后用无水乙醇反复洗涤3次，再将洗涤产物置入真空烘箱中，在60 V下干燥2h，得到CsPb2Br5。
[0036]本实施例中提到的HBr溶液的质量百分浓度为48%。
[0037]图3为实施例二所制备CsPb2Brj^X射线衍射图谱。所有的衍射峰均对应于CsPb2Br5的标准XRD图谱，说明纯度高，无杂相。
[0038]采用本发明所提出的方法来制备CsPb2Br^，必须精确控制混合溶液中Pb2与+Cs2+的摩尔比为2:1。如果Pb2+与Cs2+的摩尔比过高时，最终产物仍然为单相CsPb2Br5,但是会损耗初始原料，造成浪费；如果Pb2+与Cs2+的摩尔比过低时，反应产物不纯，有部分CsPbBr3生成。
[0039]以下将以两个对比例做具体说明:
[0040]对比例一:
[0041 ]首先，将0.758g ?13(0130)0)2在30°(:下溶解于811^ HBr溶液中。将0.425g CsBr在30°C下溶解于由4mL H2O和8mL HBr水溶液组成的混合溶液中。将配置好的两种溶液混合，其中Cs+与Pb2+的摩尔比为1:1，在40°C下反应Ih后得到沉淀，将沉淀过滤后用无水乙醇反复洗涤多次，再将洗涤产物置入真空烘箱中，在50°C下干燥3h，得到最终产物。
[0042]本实施例中提到的HBr溶液的质量百分浓度为48%。
[0043]图4为对比例一所制备产物的X射线衍射图谱。可以看出，产物中除了CsPb2Br5外，还有CsPbBr3存在，说明样品不纯，部分CsPb2Br5转变为CsPbBr3。这是因为当前驱体溶液中Pb2+与Cs+的摩尔比低于2:1时，由于溶液中离子化学计量比的变化，导致部分CsPb2Br5转变为CsPbBr3。
[0044]对比例二:
[0045]首先，将0.379g?13(0130)0)2在30°(:下溶解于611^ HBr溶液中。将0.425g CsBr在30°C下溶解于由4mL H2O和8mL HBr水溶液组成的混合溶液中。将配置好的两种溶液混合，其中Cs+与Pb2+的摩尔比为1:2，在40°C下反应Ih后得到沉淀，将沉淀过滤后用无水乙醇反复洗涤多次，再将洗涤产物置入真空烘箱中，在50°C下干燥3h，得到最终产物。
[0046]本实施例中提到的HBr溶液的质量百分浓度为48%。
[0047]图5为对比例二所制备产物的X射线衍射图谱。可以看出，产物中包括CsPb2Br5和CsPbBn两相，说明样品不纯，部分CsPb2Br5转变为CsPbBn。
[0048]在研究过程中发现，通过严格控制Pb2+与Cs2+的摩尔比，可以抑制CsPb2Br5在水溶液制备过程中的不稳定性问题，基于这个发现，本发明开发了简单的溶液法来制备CsPb2Br5t3本发明通过控制Pb2+与Cs2+的摩尔比，克服了 CsPb2Br5在制备过程中的不稳定问题，从而可以在水溶液中制备出单相的CsPb2Br5材料。该制备方法工艺简单，所用原料价格低廉，适合批量化生产。
【主权项】
1.一种光电材料CsPb2Br5的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:首先配制含有Pb2+的HBr水溶液和含有Cs+的HBr水溶液，然后将含有Pb2+的HBr水溶液与含有Cs+的HBr水溶液经溶液法反应得到沉淀物，最后将沉淀物洗涤干燥处理后，即得光电材料CsPb2Br5。2.根据权利要求1所述的一种光电材料CsPb2Br5的制备方法，其特征在于，所述溶液法反应时控制Pb2+与Cs2+的摩尔比为2:1。3.根据权利要求1或2所述的一种光电材料CsPb2Br5的制备方法，其特征在于，所述溶液法的反应温度为30?50 0C，溶液法的反应时间为I?3h。4.根据权利要求1或2所述的一种光电材料CsPb2Bn的制备方法，其特征在于，所述沉淀物用无水乙醇或无水乙醚洗涤。5.根据权利要求1或2所述的一种光电材料CsPb2Bn的制备方法，其特征在于，所述沉淀物经洗涤后在30?60°C下经真空干燥处理。6.根据权利要求1或2所述的一种光电材料CsPb2Bn的制备方法，其特征在于，所述配制含有Pb2+的HBr水溶液时采用的原料为Pb (CH3COO) 2或者Pb (NO3) 2，其中Pb2+与HBr的摩尔比为1:(2 ?15)。7.根据权利要求6所述的一种光电材料CsPb2Br5的制备方法，其特征在于，所述配制含有Pb2+的HBr水溶液时温度控制在20?50 °C。8.根据权利要求1或2所述的一种光电材料CsPb2Bn的制备方法，其特征在于，所述配制含有Cs+的HBr水溶液时采用的原料为CsBr，其中CsBr、H20和HBr的摩尔比为1: (I?20): (I?.20)。9.根据权利要求8所述的一种光电材料CsPb2Br5的制备方法，其特征在于，所述配制含有Cs+的HBr水溶液时控制温度为20?50 °C。
【文档编号】C01G21/00GK105948107SQ201610496168
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】苏兴华, 张静, 白鸽, 周杰, 包吉明, 王振军, 赵鹏
【申请人】长安大学