[发明专利]一种无铅铋基混合卤化钙钛矿纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种无铅铋基混合卤化钙钛矿纳米片及其制备方法和应用，本发明以简单的反溶剂再结晶法制备了Cs₃Bi_2‑xSb_xBr₉纳米片，其分子式为Cs₃Bi_2‑xSb_xBr₉，式中0﹤x≤0.4。Sb的引入增加了Cs₃Bi₂Br₉的可见光吸收能力和光生载流子的分离效率。Sb良好的尺寸匹配提高了Cs₃Bi₂Br₉钙钛矿材料的稳定性。少量的Sb掺杂促进了C(sp³)‑H键活化关键活性物种空穴的产生。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备和光催化技术领域，具体涉及一种无铅铋基混合卤化钙钛矿纳米片及其制备方法和在光催化C(sp³)-H键活化中的应用。

背景技术

选择性的氧化饱和碳氢化合物，产生高附加值的产品(如醛、酮和环氧化合物等。)是目前催化化学中最具挑战性和最有趣的学科之一。由于C(sp³)-H键(70～130kcalmol^-1)的高键离解能和不利吸附，通常需要苛刻的条件(高温和/或高压)。此外，必须抑制转化率小于15％，以避免在如此严苛的条件下产物过度氧化造成差的选择性。为了解决这一问题，用温和的光催化取代传统的热催化是一种很有前途的解决方案。由于稳定性高和易于分离的特点，金属氧化物和金属硫化物的非均相光催化体系现在已引起了研究者们的广泛关注。然而，由于窄的光吸收，低电荷分离效率和转换效率，这些光催化剂的性能仍然不够理想。全金属卤化物钙钛矿A^IPb^IIX₃(A＝Rb，Cs；B＝Ge，Pb，Sn；和X＝Cl，Br，I)，特别是CsPbBr₃和CsPbI₃，由于其合适的带隙、优良的光吸收和高效的载流子迁移率，被证明是一种有前途的光催化材料。然而，由于铅毒性、较低的氧化能力(价带顶通常小于1.4eV)和化学稳定性，使其在光催化领域应用受到限制。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是在于提供了一种无铅铋基混合卤化钙钛矿纳米片及其制备方法和应用，通过反溶剂再结晶，调控原材料比例和结晶时间制备出Bi/Sb混合的卤化物钙钛矿纳米片。Sb掺杂一方面提高了催化剂对可见光的吸收光生载流子的分离效率，另一方面促进了空穴的产生。同时，Sb良好的尺寸匹配提高了Cs₃Bi₂Br₉钙钛矿材料的稳定性。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种无铅铋基混合卤化钙钛矿纳米片，其分子式为Cs₃Bi_2-xSb_xBr₉，式中0﹤x≤0.4。

作为优选，所述分子式中0.1≤x≤0.3；进一步优选为x＝0.2。

本发明还提供了上述无铅铋基混合卤化钙钛矿纳米片的制备方法，包括如下步骤：

(1)按设定摩尔比，将CsBr、BiBr₃和SbBr₃溶解在DMSO中，得到前驱体液；

(2)将(1)中获得的前驱体液加入到异丙醇中，通过反溶剂法，结晶0.5～5min，经洗涤、干燥后得到Cs₃Bi_2-xSb_xBr₉纳米片。

作为优选，步骤(1)中所述BiBr₃和SbBr₃的摩尔比为1.7∶0.3～1.9∶0.1，CsBr在DMSO中的浓度为10～20mM。