一种CsPbBr3纳米片材料的制备方法和应用

本申请属于发光材料，具体是一种cspbbr3纳米片材料的制备方法和应用。

背景技术：

1、全无机钙钛矿cspbx3(x＝cl，br，i)材料一直被视为光电应用领域中的明星材料，因为它们的合成简单方法、低成本和高电荷载流子迁移率。作为原色之一，蓝色钙钛矿材料受到了研究团队的极大关注。目前，有两种主要的合成路线来获得蓝光发射的胶体卤化铅钙钛矿材料:(1)使用混合卤化物钙钛矿(cspb(cl/br)3)，这种方法因在偏压下卤化物组分容易相分离而不被喜欢；(2)利用量子限域效应合成cspbbr3纳米片或者小尺寸量子点。

2、与钙钛矿量子点相比，cspbbr3纳米片仅在一个方向上缩小它们的厚度，允许形成不同的层数，从而精确控制从绿色到深蓝色的发射波长，且无需其他元素。因为它们具有优异的光物理性质，例如吸收截面大，激子结合能高，电荷转移好性能和适当的灵活性，二维(2d)cspbbr3纳米片已成为潜力光电探测器材料，特别是2d结构中强大的量子的限制效应允许更显著的结构和光学特点。在过去的几年里，各种2d材料被用来制造低维光电探测器。然而，相关报告的纳米片发光效率都不高，制备的纳米片基探测器的稳定性也比较差，这是由于它们表面上存在大量缺陷和长链配体。

3、为了解决这些问题，许多研究小组已经将注意力集中在表面配修饰工程上。在文献(acs energy lett.2020,5,1900-1907)中，stranks等人使用己基膦实现了高发光效率纳米片的有效合成，并且可以抑制纳米片的配体聚集。在文献(acs energy lett.2018,3,2030-2037)中，报道了将溴化氢引入纳米片，减少了溴空位和非辐射复合，从而实现高光致发光的纯蓝光纳米片。在文献(acs energy lett.2021,6,477-484)中，rogach的团队开发了一种利用多齿配体聚乙烯亚胺(pei)的软模板方法来稳定和增强cspbbr3纳米片的蓝光发射。pei过抑制其聚集来显著降低cspbbr3纳米片的陷阱密度。显然，如何提高cspbbr3纳米片在蓝光(440-470nm)的发光效率和稳定性，以及提高基于cspbbr3纳米片的光电探测器的性能也成为研究人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本申请所要解决的技术问题是提供一种cspbbr3纳米片材料的制备方法和应用，能够提高cspbbr3纳米片在蓝光的发光效率和稳定性，以及提高基于cspbbr3纳米片的光电探测器的性能。为此，本申请采用了如下的技术方案：

2、一方面，本申请提供一种cspbbr3纳米片材料的制备方法，该方法包括：

3、将碳酸铯、油酸和油相溶剂混合，并在惰性气体保护下，搅拌加热至溶液澄清，得到铯前驱体溶液；

4、将十八烯、油酸、油胺和溴化铅混合，加热至溴化铅完全溶解，然后降温至22℃，得到混合澄清溶液；

5、将所述铯前驱体溶液注入到所述混合澄清溶液中，在22℃温度下保持10秒，加入异丙醇和乙炔二羧酸，10秒后加热至100℃并保持10分钟，将反应温度冷却至室温，离心清洗，留取沉淀物，制得所述cspbbr3纳米片材料。

6、在至少一个实施例中，所述油相溶剂为十八烯胺、十八烯和油胺中的一种或几种。

7、在至少一个实施例中，所述惰性气体为氮气、氦气、氖气或氩气。

8、在至少一个实施例中，所述碳酸铯、油酸和油相溶剂混合时按如下比例取用：碳酸铯1.35mmol，油酸3ml，油酸和油相溶剂的体积比为1:6～9。

9、在至少一个实施例中，所述碳酸铯、油酸和油相溶剂搅拌时的加热温度为140～170℃。

10、在至少一个实施例中，所述十八烯、油酸、油胺和溴化铅混合时按如下比例取用：溴化铅0.4mmol，十八烯4ml，十八烯、油酸和油胺的体积比优选为6～10:1～2:1～2。

11、在至少一个实施例中，所述铯前驱体溶液和混合澄清溶液的体积比为1:10～30。

12、在至少一个实施例中，所述溴化铅与乙炔二羧酸的摩尔比为2:1。

13、在至少一个实施例中，所述异丙醇的用量为每0.4mmol溴化铅使用0.5ml异丙醇。

14、另一方面，本申请还提供上述制备方法制得的cspbbr3纳米片材料在制备光电探测器中的应用。

15、相比于现有技术，本申请至少实现如下有益效果：

16、本申请将乙炔二羧酸(atda)引入cspbbr3纳米片中进行配体修饰，乙炔二羧酸引入后，由于炔基的离子域效应可以提高乙炔二羧酸与cspbbr3纳米片的结合力，提高晶格结构的有序度，从而提高cspbbr3纳米片的形貌均一性。乙炔二羧酸引入后，由于配体与cspbbr3纳米片之间的强大结合力，可以钝化cspbbr3的表面缺陷，减少cspbbr3纳米片体内的非辐射复合中心的密度，并显著提高cspbbr3纳米片的发光量子产率，在乙炔二羧酸进行配体修饰后，发光效率达到了82％，在没有引入乙炔二羧酸的情况下，发光效率仅为12％。由此可以看出，发光率提高了70％。另外，在引入乙炔二羧酸进行配体修饰后，cspbbr3纳米片的稳定性得到显著增强，在紫外照射下以及加热之后cspbbr3纳米片仍能保持超过60％的发光强度，因此引入乙炔二羧酸后制备的cspbbr3纳米片基光电探测器性能得到显著提升，响应度从18ma/w提高到120ma/w，探测率从5.4×1010jones提高到9.36×1012jones。此外，0.2mmol atda修饰的cspbbr3纳米片基光电探测器的外量子效率(eqe)达到36.4％，这几乎是未修饰的八倍，而且，0.2mmol atda修饰的cspbbr3纳米片基光电探测器的上升和恢复时间分别从118毫秒和115毫秒减少到75毫秒和72毫秒，这是由于0.2mmol atda修饰后，减少了cspbbr3纳米片的表面缺陷，降低了电荷俘获的，以及较短的链长度可以显著提高电荷转移。

17、本申请提出将乙炔二羧酸引入cspbbr3纳米片中，使得cspbbr3纳米片在蓝光(452nm)的发光效率显著提高，稳定性也得到显著提升，基于cspbbr3纳米片制备出的光电探测器性能得到显著提升，具有有益的技术效果。

技术特征：

1.一种cspbbr3纳米片材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

10.权利要求1～9中任一项所述制备方法制得的cspbbr3纳米片材料在制备光电探测器中的应用。

技术总结本申请涉及一种CsPbBr<subgt;3</subgt;纳米片材料的制备方法和应用。该方法包括：将碳酸铯、油酸和油相溶剂混合，并在惰性气体保护下，搅拌加热至溶液澄清，得到铯前驱体溶液；将十八烯、油酸、油胺和溴化铅混合，加热至溴化铅完全溶解，然后降温至22℃，得到混合澄清溶液；将所述铯前驱体溶液注入到所述混合澄清溶液中，在22℃温度下保持10秒，加入异丙醇和乙炔二羧酸，10秒后加热至100℃并保持10分钟，将反应温度冷却至室温，离心清洗，留取沉淀物，制得所述CsPbBr<subgt;3</subgt;纳米片材料。该应用是所述CsPbBr<subgt;3</subgt;纳米片材料在制备光电探测器中的应用。本申请能够提高CsPbBr<subgt;3</subgt;纳米片在蓝光的发光效率和稳定性，以及提高基于CsPbBr<subgt;3</subgt;纳米片的光电探测器的性能。技术研发人员：赵家龙,王浩,杜振涛,曹盛,邹炳锁受保护的技术使用者：广西大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5