[发明专利]水溶性钙钛矿纳米晶的制备方法及水溶性钙钛矿纳米晶和应用

说明书

本发明提供了一种水溶性钙钛矿纳米晶的制备方法，包括以下步骤：制备金属盐的络合溶液、加热反应和制备水溶性钙钛矿纳米晶材料。本发明水溶性钙钛矿纳米晶的制备方法属于一种贫铅的热注入法，通过控制前驱体加入的比例，即卤化铅、卤化锌、乙酸铯、油酸和油胺的添加比例，实现不同组分水溶性钙钛矿纳米晶材料的制备。本发明水溶性钙钛矿纳米晶的制备方法实现了水溶性钙钛矿纳米晶材料的高质量可控制备，制备所得钙钛矿纳米晶具有优异的水相稳定性和较高的荧光量子产率，且制备方法工艺简单，重现性好，成本低廉，符合环境要求。本发明还提供了基于水溶性钙钛矿纳米晶的制备方法制得的水溶性钙钛矿纳米晶及其应用。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种水溶性钙钛矿纳米晶的制备方法，本发明还涉及由该水溶性钙钛矿纳米晶的制备方法制得的水溶性钙钛矿纳米晶，本发明还涉及水溶性钙钛矿纳米晶在光电器件领域的应用。

背景技术

近年来，卤化铅钙钛矿的快速发展吸引了众多研究者的目光，也成为新材料应用领域的一大热点。卤化铅钙钛矿良好的物理化学性能，使其在太阳能电池、LED、光电探测等领域得到了极为广泛的应用。然而，卤化铅钙钛矿材料中的化学键通常为离子键，这使得此类材料在水等极性溶剂中的稳定性较差，极易发生相变甚至结构坍塌。这一缺陷不仅使得基于卤化铅钙钛矿的相关器件稳定性较差，同时也限制了此类材料在水相系统的应用。目前，常见的方法是采用一种有机材料将卤化铅钙钛矿包裹起来，进而使其与水物理隔绝，增强其稳定性。然而，该方法所得到的钙钛矿材料的电学性质较差，载流子很难向外界传输，难以在高性能光电器件中得到应用。此外，少量的报道显示，通过将钙钛矿材料在水中进行处理也可以在一定程度上增强其在水中的稳定性，但仍然不能满足现有的要求。因此，如何能够在实现钙钛矿材料良好水稳定性的同时，不影响其电学性质是研究的关键。这不仅可以增强现有光电器件的稳定性，还可以拓展卤化铅钙钛矿材料的应用范围，具有重要的研究意义和实用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水溶性钙钛矿纳米晶的制备方法，本发明还提供了一种基于水溶性钙钛矿纳米晶的制备方法制备出的水溶性钙钛矿纳米晶，本发明还提供了水溶性钙钛矿纳米晶在光电器件领域的应用。本发明基于水溶性钙钛矿纳米晶的制备方法制备出的水溶性钙钛矿纳米晶，显著增强了钙钛矿纳米晶在水溶液中的稳定性，克服现有钙钛矿纳米晶在水溶液等极性溶剂中稳定性差，极易发生相变甚至结构坍塌等缺陷。

第一方面，本发明提供了一种水溶性钙钛矿纳米晶的制备方法，包括以下步骤：

制备金属盐的络合溶液：将卤化铅、卤化锌及十八烯混合后置于密闭容器中，向密闭容器中通入保护性气体，混合液升温至80～120℃后，依次向密闭容器中添加油酸和油胺，混匀后得到金属盐的络合溶液；

加热反应：将金属盐的络合溶液升温至120～200℃后，加入乙酸铯的油酸溶液并反应5～300s，反应结束后冷却至室温、离心，收集沉淀；

制备水溶性钙钛矿纳米晶材料：向所述沉淀中加水并进行超声震荡，得到水溶性钙钛矿纳米晶材料；

其中，所述卤化铅和卤化锌中的卤元素相同，所述卤化铅、卤化锌及乙酸铯的物质的量与所述十八烯、油酸及油胺的体积之比为1～10:90～99:10～100:2000～6000:100～1000:100～1000。

本发明一具体实施方式中，在制备金属盐的络合溶液步骤中，将0.01～0.1mmol卤化铅、0.9～0.99mmol卤化锌及20～30ml十八烯混合后置于密闭容器中，向密闭容器中通入保护性气体，混合液升温至80～120℃后，依次向密闭容器中添加1～10ml油酸和1～10ml油胺，混匀后得到金属盐的络合溶液。

优选的，在制备金属盐的络合溶液步骤中，所述密闭容器为三颈烧瓶，所述保护性气体为氮气或氩气。

优选的，在制备金属盐的络合溶液步骤中，向密闭容器中添加油酸和油胺后，搅拌或者振荡至卤化铅及卤化锌完全溶解，得到水溶性钙钛矿纳米晶材料。