[发明专利]一种钙钛矿单晶纳米环及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种钙钛矿单晶纳米环及其制备方法与应用。所述钙钛矿单晶纳米环具有环状形貌和单晶结构，是独立、连续的纳米环，形貌规则，没有可见的晶界和孔隙等表面缺陷结构，具有好的晶体质量。本发明通过将基底形成二维限域空间，钙钛矿前驱溶液和极性有机溶剂形成的介稳溶液在二维限域空间生长为单晶纳米环结构，本发明通过基底二维限域空间以及溶剂调控工程制备钙钛矿单晶纳米环，相对于其他方法，该方法耗能小，成本低，工艺简单，产物明确，产物构形单一，适于大规模化生产；本发明钙钛矿单晶纳米环为单晶结构，具有较高的晶体质量，无晶界，缺陷密度小，在激光等领域具有巨大的潜在应用价值。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种钙钛矿单晶纳米环及其制备方法与应用。

背景技术

由于纳米尺度的晶体结构往往具有独特的物理和化学性质，因此，纳米材料(零维的量子点，一维的纳米线，二维的纳米片等)在基础理论研究和器件应用技术上具有重要作用。二维材料独特的形貌、电子结构能够调节或者改变单原子催化剂的反应过程。其次，二维材料具有大的比表面积，提升单原子的负载量。如果是单层的二维材料，便可在上下面同时促进反应分子的吸附和扩散。另外，基于二维材料的纳米材料很容易构建均一的活性位点，能很好的结合理论计算方面的研究。在各种二维纳米晶体类型中，单晶纳米环是一种相对复杂并且难以合成的结构。纳米环沿环线切线方向会存在相当量级的弯曲应力，在晶体生长中这并不是一个低能量的稳定模型，所以想制备单晶的纳米环结构，需要特殊的生长条件以及生长机理进行诱导。同时单晶纳米环由于其特殊的环状结构和较高的晶体质量，在激光、电磁、压电等领域具有广阔的应用前景。

钙钛矿材料拥有可调的直接带隙、高光吸系数、高载流子迁移率、长载流子寿命以及高缺陷容忍度等优异的光电性能，在光伏、发光等多个领域具有广泛应用。因此，基于钙钛矿材料的各种形貌结构纳米晶体被广泛合成并应用于理论研究和器件制备。为了探究钙钛矿材料的性能极限和作用机理，同时也为了制备更好的器件，有关于钙钛矿材料单晶的研究也备受关注。

目前有很多文献研究对钙钛矿纳米晶体的生长和应用，专利CN108963001A公开了一种钙钛矿薄膜阵列的生长方法，专利CN109087849A公开了一种石墨烯辅助的定位生长钙钛矿薄膜的方法，专利CN105624771A公开了一种钙钛矿结构的纳米线。这些专利分别制备得到了二维结构的纳米片、纳米线、薄膜结构的钙钛矿材料。目前还没有见到有报道合成钙钛矿单晶纳米环。目前用于无机材料单晶纳米环制备的方法主要基于水热法或气相沉积法，具有能耗高并且制备流程复杂的缺点。结合钙钛矿材料优异的光电性能和独特的环状结构，钙钛矿单晶纳米环在激光等领域具有巨大的应用潜力。对于钙钛矿单晶纳米环结构的制备方法及其性能研究无论是从理论还是应用方面都具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种钙钛矿单晶纳米环及其制备方法，该方法利用简单的溶液法，通过溶剂调控和二维空间的限域效应来制备钙钛矿单晶纳米环，制备得到的纳米环晶体质量高，具有较好的光电性能，可应用于激光等领域，具有产业化前景。

为达到上述目的，本发明采取了如下的技术方案：

一种钙钛矿单晶纳米环，其特征在于具有环状形貌和单晶结构。是独立、连续的纳米环，形貌规则，没有可见的晶界和孔隙等表面缺陷结构，具有好的晶体质量。

本发明提供的钙钛矿单晶纳米环从环的圆心沿所有半径方向具有相同的晶轴取向。

本发明提供的钙钛矿单晶纳米环晶型为正交晶型、立方晶型或四方晶型。

在本发明优选技术方案中，所述单晶纳米环具有粗细均匀的环线，直径在5μm-20μm可调，环粗细在100nm-300nm可调。

本发明的再一个目的是提供一种所述钙钛矿单晶纳米环的制备方法，包括如下步骤：

(1)将两个平整基底组合形成二维限域空间；