一种微波加热原位合成钙钛矿量子点的方法与流程

本发明属于钙钛矿量子点合成，尤其涉及一种微波加热原位合成钙钛矿量子点的方法。

背景技术：

1、铅卤化物钙钛矿具有优异的发光特性、高效的能量转换效率、良好的电传输特性、独特的表面化学性质、可调的形貌和尺寸等优点。这些优点使得它们在太阳能电池、发光二极管、激光器、光电探测器等领域中具有广泛的应用前景。

2、公开号为cn 112694888 a的中国专利公开了一种微波辅助液相合成的窄带绿色荧光粉及其合成方法。该合成方法具体按以下步骤进行：

3、1)按化学通式cs3mnbr5中元素的化学计量比，分别称取溴化铯和溴化锰，混合后，加入去离子水中，使溴化铯和溴化锰完全溶解，摇动至溶液澄清，得澄清溶液；

4、2)将澄清溶液置于功率600～900w的微波炉中，微波加热反应1～10min，反应完成后，得到淡绿色的窄带绿色荧光粉。

5、在微波炉加热时，热能来自装设在炉顶的磁控管，磁控管发出的高频电磁波能立即深入到溴化铯和溴化锰溶解液的内部，这时，微波与极性分子(水分子)相遇，引起了分子的剧烈振荡而使分子间摩擦迅速产生大量的热。微波加热时，材料里外同时加热，加热均匀，升温速度较快，从而显著缩短加热时间；且加热时没有在周围空气中的热传导过程，因此加热效率高。

6、但是，上述微波加热法所需的功率至少需要600w以上，存在能耗高的技术缺点，制备工艺在耗能上所带来的成本叠加在产品本身，以至于难以进行下一步工业化放大，因此有待改进。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种微波加热原位合成钙钛矿量子点的方法，该方法通过微波加热在模板剂中原位合成钙钛矿材料以提供一种新型的固态合成钙钛矿材料的路径。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种微波加热原位合成钙钛矿量子点的方法，包括如下步骤：

4、通过微/介孔模板将钙钛矿前驱体溶液吸附进孔道，得到一个被空间限域的钙钛矿中间体；

5、接着再将被空间限域的钙钛矿中间体放置于微波炉中，开启微波，调整功率50-100w，设置微波时间1-8min，通过微波加热使钙钛矿前驱体在微/介孔模板中反应形成钙钛矿量子点。

6、通过采用上述方案：本发明的微波功率为50-100w，远低于现有技术中的600-900w。而作为公知，微波功率越高，其携带的能量就越大，意味着有更多的能量被传递给被加热物体。所以，微波功率与加热温度之间存在正相关的关系。

7、在另一个方面上来说，温度是分子运动剧烈程度的宏观表现。当温度升高时，分子的运动速度加快，它们之间的碰撞频率和强度都会增加。而为了促进反应的进行，在现有技术中是通过提升微波功率的方式，而本发明选择另辟蹊径，技术原理如下：

8、本发明通过在微/介孔模板的孔道内预先吸附了钙钛矿前驱体溶液，此时微/介孔模板的孔道也为钙钛矿前驱体溶液构建出一个被空间限域的钙钛矿中间体；

9、由于微波加热时，材料里外同时加热，加热均匀，升温速度较快，从而显著缩短加热时间。通过在较短的时间内，钙钛矿前驱体溶液在一个狭小的空间内被蒸发，以至于在微/介孔模板的孔道内瞬时产生大量蒸汽，这些大量蒸汽在微/介孔模板内又难以快速消散。根据理想气体定律：p×v＝n×r×t，其中n是气体的摩尔数，r是通用气体常数。当在一个狭小空间内瞬时产生大量蒸汽时，会导致微/介孔模板的孔道内气压增加，以至于在微/介孔模板的孔道内的瞬时气压是大于外界大气压。此时，在微波的持续加热下，位于微/介孔模板的孔道内的蒸汽温度会进一步升高、以至于给钙钛矿前驱体反应形成钙钛矿量子点提供更多的能量。

10、进一步的，一种微波加热原位合成钙钛矿量子点的方法，包括如下步骤：

11、s10：将钙钛矿前驱体和微/介孔模板研磨混合，获得混合粉末；

12、s20：将混合粉末完全溶解于水中以形成前驱体溶液；然后微/介孔模板将前驱体溶液吸附进孔道，得到一个被空间限域的钙钛矿中间体；

13、s30：将被空间限域的钙钛矿中间体放置于微波炉中，开启微波，调整功率50-100w，设置微波时间1-8min，通过微波加热使钙钛矿前驱体在微/介孔模板中反应形成钙钛矿量子点。

14、本领域技术人员亦可对上述步骤进行适应性调整，例如步骤s10中仅对钙钛矿前驱体进行研磨。步骤s20中，先将钙钛矿前驱体溶解于水中，形成前驱体溶液，再拿前驱体溶液与微/介孔模板共混搅拌，使得前驱体溶液被微/介孔模板的孔道吸附。而这种步骤的适应性调整，亦应当属于本发明的保护范围内。

15、进一步的，所述钙钛矿量子点为fapbx3钙钛矿结构、cspbx3钙钛矿结构、或cspbxyx＇3-y钙钛矿结构，所述x和x＇为不同卤素。

16、进一步的，所述钙钛矿前驱体包括cs源前驱体、pb源前驱体和x源前驱体；

17、所述cs源前驱体为卤化铯、碳酸铯中的一种或多种；

18、所述pb源前驱体为卤化铅、醋酸铅中的一种或多种；

19、所述卤源前驱体为卤化铯、卤化铅、卤化锌、卤化钾、卤化钠、卤化锂、卤化氨、卤化钙、卤化锶、卤化钡中的一种或多种。

20、进一步的，所述的微/介孔模板为微孔材料和/或介孔材料；

21、所述的微孔材料为微孔分子筛、微孔二氧化硅、微孔二氧化钛、微孔氧化铝、微孔过渡金属氧化物、微孔硫化物、微孔硅酸盐、微孔铝酸盐或微孔过渡金属氮化物中的至少一种；

22、所述的介孔材料为介孔分子筛、介孔二氧化硅、介孔二氧化钛、介孔氧化铝、介孔碳、介孔过渡金属氧化物、介孔硫化物、介孔硅酸盐、介孔铝酸盐或介孔过渡金属氮化物中的至少一种。

23、进一步的，所述步骤s10中的研磨时间为10-50min。

24、进一步的，所述步骤s20为动态平衡的过程；所述动态平衡的过程即为：钙钛矿前驱体溶解于水中以形成前驱体溶液，与前驱体溶液被微/介孔模板吸附进入孔道同时发生。

25、通过采用上述技术方案：步骤s20为动态平衡的过程，随着时间最终达到动态平衡(即水里溶解的前驱体浓度在各处都趋于一致)。在上述中，各处可理解为在微/介孔模板内的各处。

26、本发明的有益效果主要体现在：在微波加热作用下，对位于微/介孔模板孔道内的钙钛矿前驱体溶液进行加热，在加热的过程中水分先被蒸发形成水蒸气，而微/介孔模板所带来的空间限域作用，一方面给在微/介孔模板孔道内生长的钙钛矿量子点尺寸得到有效控制，最终获得纳米级晶体(纳米晶)。另一方面，在微/介孔模板的孔道内瞬时产生大量蒸汽，这些大量蒸汽在微/介孔模板内又难以快速消散，进而在短时间内在微/介孔模板的孔道内构建出高于外部大气压的环境。因此，在微波持续加热作用下，位于微/介孔模板的孔道内的蒸汽温度会升高，进而给钙钛矿前驱体反应形成钙钛矿量子点提供更多的能量。通过改变现有的微波反应工艺，进而降低微波功率，使得在下一步工业放大阶段能减轻能耗所带来的成本负荷。