[发明专利]一种可极性溶剂分散的钙钛矿纳米晶粉末及其大规模制备方法

说明书

本发明涉及一种可极性溶剂分散的钙钛矿纳米晶粉末及其大规模制备方法，属于光电材料制备技术领域，包括如下步骤：A、按比例将CsX(X为Cl、Br、I)、PbXsubgt;2/subgt;、甘草酸加入到溶剂中，充分溶解制成前驱体溶液；B、将所述前驱体溶液加热，获得无色至淡棕色液体；C、将所述无色至淡棕色液体快速注入到反溶剂中；D、提取不溶物，并用所述反溶剂洗涤，干燥后获得所述钙钛矿纳米晶粉末，解决了现有技术存在的CsPbXsubgt;3/subgt;钙钛矿通常只能得到钙钛矿纳米晶非极性溶胶而难以获得大量粉末状产品、即使获得固体样品也难以很好地分散在极性溶剂中等问题。

技术领域

本发明属于光电材料制备技术领域，具体为一种可极性溶剂分散的钙钛矿纳米晶粉末及其大规模制备方法。

背景技术

铅卤钙钛矿APbX₃(A＝CH₃NH₃，Cs，CH(NH₂)；X＝Cl，Br，I)因其较高的荧光量子产率、优异的光谱纯度和可调的发光波长，在显示、激光、光电探测器和发光二极管等领域取得了令人瞩目的成就。加上钙钛矿纳米晶合成简单、成本低廉，极具商业化应用前景。

目前，制约APbX₃纳米晶商业化应用的关键问题之一是其较差的极性溶剂稳定性，使得此类材料的合成和后续加工只能在甲苯、正己烷等环境不友好的非极性溶剂中进行，成本较高，对环境污染大。尽管已有部分策略通过包覆或构建核壳结构提高APbX₃纳米晶在极性溶剂中的稳定性(Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,8864-8868；Chem.Commun.2018,54,8064-8067；J.Mater.Chem.C 2020,8,1413-1420)，但APbX₃纳米晶也因此失去了在溶剂中的胶溶性，无法进行后续的溶液加工。因此，如何在提高APbX₃纳米晶溶剂稳定性的同时，保持其胶溶性具有重要实际意义。

铅卤钙钛矿纳米晶的稳定性一直是制约其商业应用的主要因素之一，该材料在极性溶剂中易被脱去表面配体而导致纳米晶聚集，表面缺陷增多，进而失去优异的光学性质。因此，长期以来钙钛矿纳米晶的制备和测试只能在甲苯、正己烷等非极性溶剂中进行，这大大限制钙钛矿纳米晶在不同场景中的应用。另外，钙钛矿纳米晶的浓度调控也是传统制备方法中的一个难题。由于配体与钙钛矿纳米晶弱的相互作用，在纳米晶胶体溶液稀释和浓缩的过程中会破坏表面配体的溶解吸附平衡，进而造成钙钛矿纳米晶发生后续的团聚、剥离等现象，影响包括样品的发光效率、发光波长以及半峰宽等光学性质，不利于钙钛矿纳米晶后续的商业化研究。最后，目前的方法所制备的钙钛矿纳米晶大多以胶体溶液的形式存放，因为一旦制成粉体材料，所制备的钙钛矿纳米晶颗粒将发生不可逆聚集，颗粒尺寸变大，有机配体脱落，无法再获得与原溶液性质相同的胶体溶液，性质极不稳定。

导致原因：

1、材料本身的结构性质：钙钛矿ABX₃离子晶体结构中的A位阳离子在极性溶剂中易溶而导致结构破坏，致使材料难以分散在极性溶剂中；

2、浓度调控：钙钛矿胶体溶液在稀释和浓缩过程中，表面配体的溶解吸附平衡被破坏，纳米晶发生团聚或剥离等现象，使得胶体溶液光学性质发生变化；

3、钙钛矿纳米晶粉末样：传统的配体通常只能得到钙钛矿纳米晶溶胶，即使通过反溶剂沉淀得到的固体样品也会因为沉淀样品少、配体脱落、颗粒尺寸变化等缺点，导致再分散效果差。

发明内容

本发明的目的是提供一种可极性溶剂分散的钙钛矿纳米晶粉末及其大规模制备方法，解决了现有技术存在的钙钛矿通常只能得到钙钛矿纳米晶溶胶而难以获得大量粉末状产品、即使获得固体样品也难以很好地分散在极性溶剂中等问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种可极性溶剂分散的钙钛矿纳米晶粉末的大规模制备方法，包括如下步骤：