[发明专利]一种具有液态聚合物特征的铅基卤化物钙钛矿材料及其制备方法

说明书

一种具有液态聚合物特征的铅基卤化物钙钛矿材料及其制备方法，属于柔性电子材料技术领域。本发明以支化的低聚物二胺与铅源、卤源通过两相法反应制备具有液态聚合物特征的铅基卤化物钙钛矿材料。低聚物二胺、铅源、卤源及反应溶剂均为常见的化工原料，廉价易得，合成方法操作简便、条件温和，且普适性好。所制备的铅基卤化物钙钛矿材料，不仅具有液态聚合物的特征，还保持了钙钛矿材料优良的光电性质。其一方面避免了钙钛矿材料与传统聚合物基质混合所造成的相容性差及载流子传输受阻等问题，另一方面其类似聚合物的性质为钙钛矿材料的加工和新型软电子器件的开发带来了新的机遇，在钙钛矿的软材料制备和应用方面有着非常广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于柔性电子材料技术领域，具体涉及一种使用支化的低聚物二胺与铅源和卤源通过两相法反应，得到液态的、具有聚合物特征的铅基卤化物钙钛矿材料及其制备方法。

背景技术

铅基卤化物钙钛矿材料作为一种新兴的光电材料，在太阳能电池、发光二极管、探测器以及传感器等多种电子器件中都表现出优异的性质，拥有广阔的应用前景。然而，目前的铅基卤化物钙钛矿材料几乎均为晶态固体，限制了其在软材料领域的应用。一些研究(ACS Appl.Mater.Interfaces 2018,10,5,4971～4980)通过将钙钛矿材料混合到聚合物基质中，以期将聚合物的软材料性质与钙钛矿的光电性质结合起来。但是，大部分常用的聚合物材料是非极性的，与强离子性的钙钛矿材料相容性较差，从而造成二者的相分离，降低了材料的稳定性；同时，复合材料中占绝大部分比例的聚合物基质将阻挡钙钛矿材料的载流子传输，限制了复合材料在光电子器件中的应用。因此，发展一种无需与聚合物基质混合，就能将聚合物的软材料特点赋予钙钛矿材料的方法，对推进铅基卤化物钙钛矿材料在软材料领域的应用具有重要意义和商业价值。

发明内容

本发明的目的就是制备一种无需与聚合物基质混合即可将聚合物的软材料特点赋予钙钛矿的铅基卤化物钙钛矿材料，即以支化的低聚物二胺在质子化之后与铅源和卤源在良溶剂中混合，并且引入不良溶剂引发钙钛矿材料的生成反应，从而直接得到具有液态聚合物特征的有机无机杂化钙钛矿材料。

本发明的核心内容是以支化的低聚物二胺作为有机阳离子的原料直接制备具有液态聚合物特征的钙钛矿材料，所使用的铅源和卤源分别为铅盐和氢卤酸，反应溶剂为高沸点有机溶剂。其中，反应涉及的试剂环境友好、价廉易得；合成方法方便快捷、条件温和，可在室温下进行批量制备；制备方法对各类铅基卤化物钙钛矿材料具有较强的普适性。利用这一方法获得的铅基卤化物钙钛矿，具有液态聚合物的特征且仍保持了钙钛矿材料优良的光电性质，不仅可以避免由与传统聚合物基质混合造成的相容性差以及载流子传输受阻等问题，而且其类似聚合物的性质为钙钛矿材料加工及新型软电子器件开发等方面创造了新的机遇，适合钙钛矿材料的工业化生产和应用延伸，在铅基卤化物钙钛矿的软材料制备及应用方面有着十分广阔的应用前景。

具体来说，本发明所述的以支化的低聚物二胺为原料制备具有液态聚合物特征的铅基卤化物钙钛矿材料的方法，其步骤如下：

(1)将铅源和卤源分散在同一良性溶剂中，不断搅拌至二者完全溶解；以溶液中铅元素和卤素的量计算，铅源和卤源的摩尔计量比为1：4.9～13.9；

(2)将支化的低聚物二胺加入到步骤(1)得到的溶有铅源和卤源的溶液中，不断搅拌使其均匀混合，得到混合溶液；以溶液中的铅元素和低聚物的量计算，铅源与低聚物的摩尔计量比为1：1.5～12.7；

(3)将不良溶剂加入到步骤(2)得到的混合溶液中，不良溶剂与混合溶液的体积比为7.5～75：1，在不断搅拌的条件下保持0.5～3小时，然后将沉淀产物从反应溶液中分离，从而得到本发明所述的具有液态聚合物特征的铅基卤化物钙钛矿材料。

本发明所述方法用于制备具有液态聚合物特征的铅基卤化物钙钛矿材料，其有机和卤素组成可以分别通过改变支化的低聚物二胺的种类和卤源的组分进行可控调节。