[发明专利]一种有机无机杂化钙钛矿纳米材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种有机无机杂化钙钛矿纳米材料及其制备方法，包括：将哌嗪和BX分散在水中，得到混合液，向混合液中加入HX，得到酸性混合液；将酸性混合液放置3天‑7天，出现无色块状晶体，为块状有机无机杂化钙钛矿C₄H₁₂N₂BX₃·H₂O；将块状有机无机杂化钙钛矿C₄H₁₂N₂BX₃·H₂O在100℃‑120℃下加热1h‑3h，得到纳米尺度的杂化钙钛矿C₄H₁₂N₂BX₃；其中，B为K或Rb，X为Br、Cl或者I。本发明提供了一种大批量，低成本制备有机无机杂化钙钛矿纳米材料的方法，采用此方法制备的杂化钙钛矿纳米材料，不仅工艺简单，成本低，而且反应条件温和，无高温高压反应较为安全。

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，更具体地，涉及一种有机无机杂化钙钛矿纳米材料及其制备方法。

背景技术

“钙钛矿”一词现在指的是一大类具有同CaTiO₃结构相同的材料，即钙钛矿结构。钙钛矿材料的一般化学式为ABX₃形式，A和B是不同大小的阳离子，X是与B配位的阴离子，通常情况下A位阳离子半径大于B位阳离子半径，并且B位与X位阴离子六配位形成一个BX₆的八面体。这些八面体通过顶点共享形成一个三维框架，A位阳离子位于框架中心。

杂化有机无机钙钛矿(HOIP)是ABX₃材料的子类，其中A位和B位的离子分别被有机胺阳离子和有机桥接配体或卤素原子代替.这些HOIP结构中的有机组分引入了额外的功能和结构灵活性，这在纯无机钙钛矿中是无法实现的。最重要的是，它们不同的结构和化学的多样性为通过简单的化学修饰调整和调节其物理性质提供了大量机会。近年来，有机无机杂化钙钛矿材料由于其低廉的制造成本以及其独特的物理性质尤其是在光伏(PV)和光电子(OE)器件中的高性能而激发了科学界和工业界的广泛兴趣。

由于钙钛矿纳米材料独特性能和应用引起人们的关注，制备纳米尺度的杂化钙钛矿成为潮流。钙钛矿纳米材料与块状钙钛矿相比具有相当的优越性，因而在能量存储，太阳能电池等方面有着潜在的应用前景。目前，杂化钙钛矿纳米材料主要是通过自下而上的方法来制备，例如辅助配体再沉淀法，阴离子交换法，模板法，中间配体传输法等。而利用自上而下的方法制备杂化钙钛矿纳米材料相对较少，目前仅有两个报道是利用自上而下的方法制备了杂化钙钛矿纳米材料，一个是Urban和其合作者在2016年利用辅助配体液相剥离法制备了杂化卤素钙钛矿CH₃NH₃PbX₃纳米片，其中X为Cl，Br，I，但是此方法需要多步提纯来得到高质量的样品二另一个是Andery L.Rogach及其合作者通过超声处理块状的钙钛矿分散体来制备CH₃NH₃PbX₃纳米晶，其中X为Br，I，但是此方法制备也是比较复杂，超声时间不好控制。

由此可见，现有技术存在工艺复杂、生产成本高、无法大批量制备的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种有机无机杂化钙钛矿纳米材料及其制备方法，由此解决现有技术存在工艺复杂、生产成本高、无法大批量制备的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种有机无机杂化钙钛矿纳米材料的制备方法，包括：

(1)将哌嗪和BX分散在水中，得到混合液，向混合液中加入HX，得到酸性混合液；