一种微波合成二维PbI2纳米结构的方法与流程

本发明总体地属于纳米材料制备技术领域，具体地涉及一种微波合成二维PbI2纳米结构的方法。

背景技术：

近年来，一些新型二维(2D)材料的出现，由于它们表现出许多新颖的物理特性和优异的光电性能，遂激发了国内外的研究者们的研究兴趣。石墨烯、过渡金属硫化物(TMDs)、黑磷是其典型代表。石墨烯具有超高的载流子迁移率及优异的光学特性，但石墨烯的零带隙结构限制了其在一些领域的应用；TMDs中的MoS2，它的带隙随着层数的增加可从间接带隙变为直接带隙，但是其载流子迁移率很低，限制了它在电子领域的应用；而二维黑磷虽然弥补了石墨烯和二硫化钼的不足，但其不够稳定。因此，寻找结构稳定、性能优异的2D材料就成为了人们的研究热点。而PbI2的出现，弥补了以上几类二维材料的一些不足，引起了人们的关注。

二碘化铅(PbI2)在可见光范围内具有宽带隙(≈2.5eV)结构，块体时是直接带隙半导体，单层时是间接带隙半导体。由于PbI2独特的非线性光学和电学特性，被广泛研究用于特殊的技术应用，包括X射线和γ射线探测器以及光电池等。PbI2与MoS2类似，具有两个碘离子夹着一个铅离子的三明治结构，并且面内共价键强，层间的范德瓦尔斯力弱，这使得合成原子级厚度的薄片比较容易。此外，PbI2还拥有高的电子和空穴迁移率，有利于拓宽其在太阳电池、LED、激光、光探测器及其他光电器件等领域的应用。

目前，合成二维PbI2纳米结构的方法主要包括溶液法、机械剥离法、物理气相沉积法(PVD)。而这几种方法在一定程度上还存在不足，溶液法不易精确控制PbI2前驱体浓度和形核率；机械剥离法形成的薄膜，其膜厚、形貌和产率不可控；PVD法对制备条件要求高。例如，[J.Mater.Chem.C,2016,4(27):6492-6499]采用一种简易的PVD法成功制备得到准二维纳米片和准一维纳米线，但是这个过程对压强、温度、基板的选择、基板距离等因素比较敏感，操作相对比较复杂，重复性不太好。因此，急需找到一种更优的制备工艺来获得尺寸均匀、形貌规则的二维PbI2纳米结构。

技术实现要素：

本发明为解决上述现有技术存在的问题，提出了一种微波合成二维PbI2纳米结构的方法，该方法的制备工艺简单，能耗低，制备工艺参数易于控制，制备的PbI2具有良好的光电性能。

本发明的技术方案是，一种微波合成二维PbI2纳米结构的方法，它包括以下步骤：

(1)将PbI2粉末加入到去离子水中，然后用磁力搅拌器搅拌均匀使其充分分散和溶解，得到悬浊液；

(2)将步骤(1)所得的悬浊液置于玻璃瓶中，并转移到微波合成仪中，先加热至第一温度、在第一温度保温预定时间，再继续升温至第二温度并保温，得到含PbI2的溶液；

(3)将步骤(2)所得的含PbI2的溶液移出微波合成仪，进行洗涤，冷冻干燥，即可得到二维PbI2纳米结构。

进一步的，上述步骤(1)中的PbI2粉末的纯度为99.999％。

进一步的，上述步骤(2)中第一温度为50-150℃，在第一温度保温的预定时间为10-60分钟；加热至第一温度的升温速率为1-30℃/min。

进一步的，上述步骤(2)中，所述第二温度为160℃至220℃范围内，从第一温度升温至第二温度的升温速率为1-60℃/min。

进一步的，上述步骤(3)中洗涤为先用去离子水、再用酒精(分析纯)分别进行洗涤。

更进一步的，上述用去离子水洗涤的次数为3-5次，用酒精(分析纯)洗涤的次数为3-5次。

进一步的，上述步骤(3)中冷冻干燥温度为-50～0℃。

本发明采用一种微波合成二维PbI2纳米结构的方法，具有制备工艺简单，成本低，微波功率可调，加热温度、加热时间等制备条件可控，能耗低等特点，所获得的二维PbI2纳米结构尺寸均匀，形貌规则，在钙钛矿薄膜太阳电池领域和新型微纳光电器件领域具有广阔的应用前景。

附图说明

从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：

图1为实施例所得的二维PbI2纳米结构的示意图。

图2为本发明实施例所得固体PbI2的Raman图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明以拜泰奇贸易(上海)有限公司生产的微波合成仪为例，称取PbI2粉末质量以0.055～0.11g为最佳，量取溶剂为去离子水的体积以10～20mL最佳。

实施例1：

(1)称取0.1g的PbI2粉末溶于20mL的去离子水中，然后超声5min和搅拌10min，使其充分分散和溶解；

(2)将步骤(1)中的悬浊液置于微波合成仪，先以10℃/min的速率升温到100℃，并保温10min，再继续加热到160℃并保温7小时，其中升温速率为10℃/min。

(3)将步骤(2)所得到的样品分别用去离子水和酒精清洗3～5次，在-25℃冷冻干燥后即可得到二维PbI2纳米结构。

实施例2：

(1)称取0.08g的PbI2粉末溶于20mL的去离子水中，然后超声5min和搅拌10min，使其充分分散和溶解；

(2)将步骤(1)中的悬浊液置于微波合成仪，先以15℃/min的速率升温到100℃，并保温20min，再继续加热到180℃并保温7小时，其中升温速率为10℃/min。

(3)将步骤(2)所得到的样品分别用去离子水和酒精清洗3～5次，在-25℃冷冻干燥后即可得到二维PbI2纳米结构。

所得二维PbI2纳米结构的结构示意图如图1所示，其Raman图如图2所示，可以看出，三个主峰分别在97，167，214cm^-1位置处，且分别对应于PbI2的振动模型A1g，2Eg和4Eu。这说明制得的2D PbI2的质量较好，并能很好的应用于各种新型微纳电子器件领域。

实施例3：

(1)称取0.1g的PbI2粉末溶于15mL的去离子水中，然后超声5min和搅拌10min，使其充分分散和溶解；

(2)将步骤(1)中的悬浊液置于微波合成仪，先以20℃/min的速率升温到80℃，并保温10min，再继续加热到200℃并保温7小时，其中升温速率为10℃/min。

(3)将步骤(2)所得到的样品分别用去离子水和酒精清洗3～5次，在-25℃冷冻干燥后即可得到二维PbI2纳米结构。

实施例4：

(1)称取0.08g的PbI2粉末溶于20mL的去离子水中，然后超声5min和搅拌10min，使其充分分散和溶解；

(2)将步骤(1)中的悬浊液置于微波合成仪，先以10℃/min的速率升温到100℃，并保温20min，再继续加热到220℃并保温7小时，其中升温速率为10℃/min。

(3)将步骤(2)所得到的样品分别用去离子水和酒精清洗3～5次，在-25℃冷冻干燥后即可得到二维PbI2纳米结构。

实施例5：

(1)称取0.08g的PbI2粉末溶于18mL的去离子水中，然后超声5min和搅拌10min，使其充分分散和溶解；

(2)将步骤(1)中的悬浊液置于微波合成仪，先以20℃/min的速率升温到100℃，并保温20min，再继续加热到220℃并保温8小时，其中升温速率为20℃/min。

(3)将步骤(2)所得到的样品分别用去离子水和酒精清洗3～5次，在-20℃冷冻干燥后即可得到二维PbI2纳米结构。

实施例6：

(1)称取0.11g的PbI2粉末溶于10mL的去离子水中，然后超声5min和搅拌10min，使其充分分散和溶解；

(2)将步骤(1)中的悬浊液置于微波合成仪，先以25℃/min的速率升温到120℃，并保温10min，再继续加热到230℃并保温8小时，其中升温速率为30℃/min。

(3)将步骤(2)所得到的样品分别用去离子水和酒精清洗3～5次，在-25℃冷冻干燥后即可得到二维PbI2纳米结构。

实施例7：

(1)称取0.06g的PbI2粉末溶于15mL的去离子水中，然后超声5min和搅拌10min，使其充分分散和溶解；

(2)将步骤(1)中的悬浊液置于微波合成仪，先以30℃/min的速率升温到140℃，并保温10min，再继续加热到200℃并保温7小时，其中升温速率为30℃/min。

(3)将步骤(2)所得到的样品分别用去离子水和酒精清洗3～5次，在-15℃冷冻干燥后即可得到二维PbI2纳米结构。

实施例8：

(1)称取0.1g的PbI2粉末溶于20mL的去离子水中，然后超声5min和搅拌10min，使其充分分散和溶解；

2)将步骤(1)中的悬浊液置于微波合成仪，先以30℃/min的速率升温到150℃，并保温10min，再继续加热到220℃并保温6小时，其中升温速率为20℃/min。

(3)将步骤(2)所得到的样品分别用去离子水和酒精清洗3～5次，在-50℃冷冻干燥后即可得到二维PbI2纳米结构。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。