二维钙钛矿单晶及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115746047A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211334980.X(22)申请日2022.10.28(71)申请人安徽师范大学地址241002安徽省芜湖市九华南路189号(72)发明人鲍婧雯陈隆文姚关心赵春一陆洲(74)专利代理机构北京润平知识产权代理有限公司11283专利代理师董杰(51)Int.Cl.C07F7/24(2006.01)C09K11/06(2006.01)C30B29/54(2006.01)C30B7/08(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称二维钙钛矿单晶及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种二维钙钛矿单晶，该二维钙钛矿单晶的结构通式为L2PbI4，其中，有机配体L为环状铵碘。通过改变二维钙钛矿中配体的刚性，引入不同碳原子个数的环状配体制备出n＝1的二维钙钛矿L2PbI4单晶，进而可有效调控二维钙钛矿的激子结合能，有利于其在光伏器件上的设计和应用，且该方法具有操作简单、设备要求低、无需昂贵的各种反应装置、易于大批量合成等优点，有望产生良好的社会和经济效应。CN115746047ACN115746047A权利要求书1/1页1.一种二维钙钛矿单晶，其特征在于，该二维钙钛矿单晶的结构通式为L2PbI4，其中，有机配体L为环状铵碘。2.根据权利要求1所述的二维钙钛矿单晶，其中，所述环状铵碘为C3‑C6的环状铵碘，优选为环丙胺氢碘酸盐、环丁胺氢碘酸盐、环戊胺氢碘酸盐和环己胺氢碘酸盐。3.一种如权利要求1或2所述的二维钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，该制备方法为：1)将胺类化合物与氢碘酸接触、第一洗涤、固液分离，将固体生成物第一干燥，即得到铵碘；2)将PbI2、步骤1)中所述铵碘和氢碘酸混合，得到混合溶液；3)将步骤2)获得的混合溶液冷却静置，第二洗涤，第二干燥，即得到二维钙钛矿单晶；所述胺类化合物为环状脂肪胺。4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，步骤1)中所述胺类化合物为C3‑C6的环状脂肪胺，优选为环丙胺、环丁胺、环戊胺和环己胺的其中一种。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其中，步骤1)中胺类化合物与氢碘酸的摩尔比为1：1‑1.3。6.根据权利要求3‑5中任意一项所述的制备方法，其中，所述第一洗涤和/或第二洗涤的洗涤剂为乙醚和/或异丙醇。7.根据权利要求3‑6中任意一项所述的制备方法，其中，所述第一干燥和/或第二干燥用N2吹干和/或置于真空烘箱中50℃‑150℃烘4‑36小时。8.根据权利要求3‑7中任意一项所述的制备方法，其中，步骤2)中PbI2与铵碘的摩尔比为1：1‑2，氢碘酸用量为1‑20mL。9.根据权利要求3‑8中任意一项所述的制备方法，其中，步骤2)中混合的条件包括：温度为80℃‑180℃。10.根据权利要求3‑9中任意一项所述的制备方法，其中，步骤3)中所述冷却静置的方式为程序降温，优选条件包括自反应加热温度开始以每小时5‑15℃的速度降温冷却直到20‑30℃，再静置4‑96小时。2CN115746047A说明书1/5页二维钙钛矿单晶及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及铅卤素钙钛矿材料，具体地，涉及一种二维钙钛矿单晶及其制备方法。背景技术[0002]铅卤素钙钛矿材料因为其结构多样性和出色的光伏特性如高载流子迁移率、长载流子寿命和低陷阱密度等而成为备受瞩目的半导体材料。铅卤素钙钛矿材料优越特性使得在发光二极管、太阳能电池、光催化和激光等领域具有重要的发展潜力。但是稳定性和重金属铅的引入是目前钙钛矿材料和基于钙钛矿器件发展的重要瓶颈。科研工作者通过元素替换，如将铅元素替换成锡、银、铋等解决重金属污染的问题。对于稳定性问题，则是通过引入长链有机配体形成二维钙钛矿或者在钙钛矿量子点外包裹壳层。研究发现，由于长链配体的疏水特性，使得二维钙钛矿的湿度稳定性大幅度提高，并且基于此类材料的太阳能电池也取得了较高的光电转换效率。此外，通过改变相邻配体间钙钛矿的层数可以对二维钙钛矿的带隙进行调控，使得发光波长随着层数的增加而红移。由于尺寸限域效应和电荷屏蔽效应，通常二维钙钛矿的激子结合能远大于三维钙钛矿的激子结合能。二维钙钛矿的这一特点对在发光器件中的应用非常有利，但是不利于其对在需要电子空穴分离的光伏器件中的应用。根据不同器件的需求，实现对激子结合能的调控，将有利于扩展钙钛矿材料在光电器件中的应用。在本工作中，我们引入不同碳原子个数的环状配体，通过改变配体的刚性，实现二维钙钛矿的激子结合能的调控。此项工作对基于钙钛矿材料的光电器件的设计和应用具有重要指导作用。发明内容[0003]本发明的目的是提供一种二维钙钛矿单晶及其制备方法，通过改变二维钙钛矿中配体的刚性，引入不同碳原子个数