[发明专利]一种复合纳米结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合纳米结构及其制备方法，该复合纳米结构包括有机‑无机杂化钙钛矿纳米晶，和嵌入该有机‑无机杂化钙钛矿纳米晶内的半导体量子点；有机‑无机杂化钙钛矿纳米晶的结构式为CH₃NH₃PbX₃，X选自Cl、Br或I。制备方法包括：将卤化铅与有机溶剂A混合均匀，得到溶液Ⅰ；将甲基卤化铵与有机溶剂B混合均匀，得到溶液Ⅱ；将半导体量子点加入溶液Ⅱ中，再加入配体，分散均匀后，得到混合溶液；再将混合溶液与溶液Ⅰ混合，经反应后得到复合纳米结构。本发明经工艺优化制备得到的复合纳米结构可提高光生电子和空穴的扩散距离，抑制电子和空穴半导体量子点表面的复合，可广泛用于太阳能电池及光催化等领域。

技术领域

本发明涉及纳米功能材料的技术领域，尤其涉及一种复合纳米结构及其制备方法。

背景技术

量子点(quantum dots)又称为半导体纳米晶体，其三维尺寸均小于其波尔激子半径，一般是2～20nm。现在主要的量子点是传统的II–VI族元素，II–VI族半导体量子点，随着尺寸变化，可调整在可见光区的发射光范围，具有高量子效率。II–VI族半导体量子点优点明显，制备方法简单，激发光谱可覆盖整个可见光区，半高宽窄，稳定等，成为量子点领域中的研究热点之一。但II–VI族半导体量子点限于其尺寸影响(2～10nm)，表面缺陷严重，加剧了电子、空穴的复合，不利于电子和空穴的有效分离。因此，如何提高量子点的荧光效率和稳定性成为大家关注的方向，其中多级结构和复合结构研究成为一种可行的方法。

钙钛矿材料随着其禁带宽度小、对光捕获能力和光生载流子的传输性能优越，在太阳能电池等领域上有着特别广泛的应用。目前，已经有将钙钛矿材料与半导体量子点复合的报道。

如申请公布号为CN 105417504 A的中国专利文献中公布了一种卤化铯铅与量子点复合材料的制备方法及所得产品。该制备方法包括：将卤化铅和十八烯混合，搅拌一段时间，然后加入油胺和油酸，搅拌至卤化铅完全溶解；卤化铅完全溶解后加热至130～200℃，先将量子点加入溶液中，再将铯前驱体溶液以一定的注射速度注入，反应一定时间后取出产物，得到复合材料。

该技术方案采用全无机钙钛矿卤化铯铅与半导体量子点进行复合，制备复合材料的微观形貌为花状，花状结构的中心为一个量子点，卤化铯铅纳米棒自组装为三维花状结构，每根纳米棒作为花状结构的花瓣，纳米棒一端均与量子点相连。

发明内容

本发明公开了一种复合纳米结构及其制备方法，经制备工艺的优化制备得到的复合纳米结构可提高光生电子和空穴的扩散距离，抑制电子和空穴半导体量子点表面的复合，可广泛用于太阳能电池及光催化等领域。

具体技术方案如下：

一种复合复合纳米结构，包括有机-无机杂化钙钛矿纳米晶，和嵌入所述有机-无机杂化钙钛矿纳米晶内的半导体量子点；

所述有机-无机杂化钙钛矿纳米晶的结构式为CH₃NH₃PbX₃，X选自Cl、Br或I。

该复合纳米结构中，有机-无机杂化钙钛矿纳米晶在外，半导体量子点被包覆在有机-无机杂化钙钛矿纳米晶内。

本发明首次提出了一种结构与组成新颖的复合纳米结构，将半导体量子点嵌入有机-无机杂化钙钛矿纳米晶内。该结构更利于将电子传输至钙钛矿表面，抑制电子和空穴的复合，从而实现光生电子和空穴的有效分离。因此，不仅具有量子点材料的优良性能，如量子效应、表面效应等；而且还具有更好的优点，如载流子扩散距离长，结构稳定性好。