一种基于金属油酸盐前驱物制备氧化型钙钛矿薄膜的方法

本发明属于金属氧化物类型钙钛矿薄膜材料技术制备领域，主要基于金属油酸盐前驱物通过原位一体制备表面光滑、致密、均匀、大晶粒尺寸及高结晶质量的氧化型钙钛矿薄膜。

背景技术：

1、当前，寻求高效、稳定、廉价、环境友好的能源转换材料已成为缓解传统能源危机及解决环境问题的关键。其中，氧化型钙钛矿材料因其独特的晶体结构，通常用abx3表示，a位为碱土或稀土离子，b位通常为过渡金属离子，x位为o2-离子，三种原子形成立方晶系的晶体结构。这种晶体结构导致氧化型钙钛矿材料具有优异的化学稳定性，独特的半导体带隙及优异的光谱吸收特性，从而在光催化、燃料电池、化学传感器、磁性材料、废水处理吸附剂、环境修复以及能量转换等领域有大规模的应用。然而,传统方法制备的钙钛矿比表面积小,薄膜质量较差且部分钙钛矿在常温下导电性较差,导致其催化活性等受限。

2、目前制备钙钛矿氧化物的方法有直接合成法、水热法、蛋白质法、燃烧法、共沉淀法、纳米颗粒法、溅射法、脉冲激光沉积法或溶胶-凝胶法制备等。这些方法通常需要优先制备氧化型钙钛矿粉体，再选用合适的溶剂将该材料进行溶解分散，再将分散之后的溶液再进行旋涂及高温煅烧。然而,这些传统方法制备的钙钛矿比表面积小,薄膜表面的晶体缺陷较多，薄膜质量较差且部分钙钛矿在常温下导电性较差,导致其催化活性降低从而限制了该薄膜在诸多领域中的进一步应用。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

2、一种基于金属油酸盐前驱物制备氧化型钙钛矿薄膜的方法，包括以下方法步骤：

3、s1：取5mmol的稀土氯化物和5mmol的稀土元素和25mmol的油酸盐，再加入去离子水15ml、无水乙醇20ml、正己烷35ml于100ml的圆底烧瓶中，在70℃下冷凝回流4h，然后静置自然冷却至室温；

4、s2：将反应上层溶液倒入分液漏斗中，用水和乙醇混合溶液进行数次洗涤纯化操作，将上述所获得的上层溶液于4℃条件下密封保存备用，得到反应溶液a；

5、s3、取20～100ml的上述溶液a，于2000～5000rpm，20～50s的参数下将该溶液旋涂至基底上；

6、s4、将旋涂有溶液a的基底，置于管式炉中以1～10℃/min的加热速率，加热温度为450～900℃之后自然降温，从而获得表面光滑、致密、均匀的氧化型钙钛矿薄膜。

7、作为本发明的一种优选实施方式，所述稀土元素包含钇、镥以及位于钇原子序数到镥原子序数之间的元素，所述稀土氯化物包括但不限于lacl3·6h2o、fecl3·6h2o等。

8、作为本发明的一种优选实施方式，所述油酸盐内部的金属元素包含co、ni、fe、mn、cu等任意一种。

9、作为本发明的一种优选实施方式，所述油酸盐内部包含金属离子和油酸根离子，所述金属离子和油酸根离子的摩尔比为1:2或者1:3，且比例根据金属离子的价态进变化。

10、作为本发明的一种优选实施方式，所述油酸盐包括但是不限于油酸钠，油酸钾等。

11、作为本发明的一种优选实施方式，所述纯化操作操作过程中，水和乙醇的体积比例为1:10。

12、作为本发明的一种优选实施方式，所述基底包括但是不限于fto或ito、玻璃片、石英片等，且基底表面涂抹溶液a后形成薄膜在进行高温煅烧。

13、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

14、1、制备方法简单便捷，易于操作，制备的钙钛矿薄膜光滑、致密、均匀，薄厚可以控制。

15、2、制备的钙钛矿薄膜表面光滑、致密、均匀、大晶粒尺寸及高结晶质量的钙钛矿薄膜。

16、3、制备的钙钛矿薄膜具有较好的催化活性，以及对于染料的降解能力。

17、4、制备方法可以降低界面缺陷密度，提高钙钛矿晶体结晶性和晶粒尺寸。

18、下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

技术特征：

1.一种基于金属油酸盐前驱物制备氧化型钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，包括以下方法步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于金属油酸盐前驱物制备氧化型钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述稀土元素包含钇、镥以及位于钇原子序数到镥原子序数之间的元素，所述稀土氯化物包括但不限于lacl3·6h2o、fecl3·6h2o等。

3.根据权利要求1所述的一种基于金属油酸盐前驱物制备氧化型钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述油酸盐内部的金属元素包含co、ni、fe、mn、cu等任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种基于金属油酸盐前驱物制备氧化型钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述油酸盐内部包含金属离子和油酸根离子，所述金属离子和油酸根离子的摩尔比为1:2或者1:3，且比例根据金属离子的价态进变化。

5.根据权利要求1所述的一种基于金属油酸盐前驱物制备氧化型钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述油酸盐包括但是不限于油酸钠，油酸钾等。

6.根据权利要求1所述的一种基于金属油酸盐前驱物制备氧化型钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述纯化操作操作过程中，水和乙醇的体积比例为1:10。

7.根据权利要求1所述的一种基于金属油酸盐前驱物制备氧化型钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述基底包括但是不限于fto或ito、玻璃片、石英片等，且基底表面涂抹溶液a后形成薄膜在进行高温煅烧。

技术总结
本发明涉及一种基于金属油酸盐前驱物制备氧化型钙钛矿薄膜的方法，包括以下方法步骤：取5mmol的稀土氯化物和5mmol的稀土元素和25mmol的油酸盐，再加入去离子水15ml、无水乙醇20ml、正己烷35ml于100ml的圆底烧瓶中，在70℃下冷凝回流4h，然后静置自然冷却至室温；将反应上层溶液倒入分液漏斗中，用水和乙醇混合溶液进行洗涤纯化操作，将上述所获得的上层溶液于4℃条件下密封保存备用，得到反应溶液；取20～100ml的上述溶液，于2000～5000rpm，20～50s的参数下将该溶液旋涂至基底上；将旋涂有溶液A的基底，置于管式炉中以1～10℃/min的加热速率，加热温度450～900℃之后自然降温，获得表面光滑、致密、均匀的氧化型钙钛矿薄膜。本发明，适合广泛推广和使用。

技术研发人员：亢宁,刘鑫,杨莉平,万喆,宋晓红,陈丽,李淑霞,杜文林,朱金仪
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17