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一种黑磷-铅-钙钛矿异质结材料及其制备方法和应用
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-09-08 14:49:11
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 宋学姮 | 2023-09-26 12:08:11
本发明公开了一种黑磷‑铅‑钙钛矿异质结材料及其制备方法和应用，该方法包括以下步骤：采用电化学插层法对块状黑磷进行插层反应；加入硝酸溶液，施加反向电压进行电化学反应；加入铅源，施加正向电压进行电化学反应；将钙钛矿前驱体溶液与前述步骤得到的产物进行加热反应。本发明将电化学剥离同步沉积法与逆温结晶法结合制备黑磷‑铅‑钙钛矿外延异质结材料，电化学剥离黑磷的同时将铅沉积到黑磷纳米片上，以铅作为过渡层和锚点，然后使用逆温结晶法在黑磷‑铅纳米片上外延生长钙钛矿，形成铅过渡层桥接黑磷与钙钛矿的黑磷‑铅‑钙钛矿异质结构。
权利要求
1.一种黑磷-铅-钙钛矿异质结材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用电化学插层法对块状黑磷进行插层反应；
步骤二、向步骤一的电解液中加入硝酸溶液，施加反向电压进行电化学反应；
步骤三、向步骤二的电解液中加入铅源，施加正向电压进行电化学反应；
步骤四、将钙钛矿前驱体溶液与步骤三得到的产物通过加热反应即得到所述黑磷-铅-钙钛矿异质结材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述插层反应采用的插层剂选自阳离子季铵盐中的至少一种；
优选地，步骤一中，所述电化学插层法采用的电解液的溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述电化学插层法的施加电压为2V～6V，所述插层反应的时间为0.5～3分钟。
石墨烯、MXenes、过渡金属硫属化合物和黑磷等二维材料由于独特的二维结构和物理化学性能，在电子器件、能量存储和转换、光学器件、催化、传感器、生物医学等领域具有广泛的应用前景。此外，由于二维结构的特殊性以及较大的比表面积，二维材料是设计异质结构的的理想衬底。另一方面，二维材料的原子尺度厚度和强的平面内共价键赋予它们良好的机械柔性，这对柔性器件来说至关重要。
金属卤化物钙钛矿被认为是光电子器件领域最有前途的材料之一。近年来，基于钙钛矿和二维材料(还原氧化石墨烯、石墨氮化碳、六方氮化硼等)的异质结构备受关注。黑磷作为二维纳米材料家族中的新秀，具有可调带隙、高载流子迁移、高开关比等特性，在储能与转换、光电器件、生物医学和生物传感等众多研究领域引起了人们的极大兴趣。但基于二维黑磷和钙钛矿的杂化结构的探索却很少。此外，构建杂化结构的传统方法是简单地将零维纳米材料放置在二维材料表面或在两者之间使用配体连接，因此存在较大的载流子传输势垒，极大的影响材料性能。相比之下，零维材料在二维材料上直接原位生长的异质结可实现纳米结构与二维材料之间的强键合、弱化范德华间隙的影响，改善界面载流子输运。因此设计和开发新型黑磷-铅-钙钛矿外延异质结对推动黑磷与钙钛矿等前沿材料走近实际应用意义重大。
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本发明和现有技术相比，具有以下优点：
1.铅的沉积实现了钙钛矿的外延生长，增强了钙钛矿与黑磷之间的连接，因而异质结结构牢固；
2.黑磷-铅-钙钛矿异质结对紫外光及X射线都十分敏感，在X射线和紫外光照射下，显示出明显的光响应，且二维黑磷具有良好的机械韧性，可应用于紫外探测和X射线探测器等领域；
3.黑磷-铅-钙钛矿异质采用逆温生长法，制备时间短，并且操作简单，可重复性好，设备要求低，可大批量进行生产，有利于工业化应用。
技术合作
本实施例中制备的黑磷-铅纳米片的X射线衍射图如图10所示，由于黑磷未经硝酸活化，导致黑磷晶体未被完全剥离(黑磷XRD峰尖锐，未发生宽化)，从而使得铅无法在充分剥离黑磷的同时同步沉积到黑磷纳米片上，因此获得黑磷-铅纳米片较厚，机械柔性较差。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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