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溶液法生長鈣鈦礦納米線 內(nèi)容總結(jié)：

在過去發(fā)展的這些年里，隨著人們對新型技術(shù)、新型材料、新型能源的需求不斷地增加，鹵化物鈣鈦礦的低維納米材料，包括有機–無機雜化和全無機鈣鈦礦 u200e[1] ，因其擁有波長可調(diào)和載流子擴散長度較長等優(yōu)點，引起了光電領域中許多科學家研究的興趣 u200e[2] 。或HC(NH2)2+；B是無機陽離子，例如：Pb2+、Sn2+；X是陰離子，例如：Br?、I?、Cl?或任意兩個(Br?/I?、Cl?/I?和Cl?/Br?)。

內(nèi)容：

1. 引言

在過去發(fā)展的這些年里，隨著人們對新型技術(shù)、新型材料、新型能源的需求不斷地增加，鹵化物鈣鈦礦的低維納米材料，包括有機–無機雜化和全無機鈣鈦礦 u200e[1] ，因其擁有波長可調(diào)和載流子擴散長度較長等優(yōu)點，引起了光電領域中許多科學家研究的興趣 u200e[2]

在鹵化物鈣鈦礦的大范圍中，常見的鹵化鉛基鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu) u200e[3] 的材料式子為：ABX3 (其中A是陽離子，例如：Cs+、CH3NH3+或HC(NH2)2+；B是無機陽離子，例如：Pb2+、Sn2+；X是陰離子，例如：Br?、I?、Cl?或任意兩個(Br?/I?、Cl?/I?和Cl?/Br?)

然而鈣鈦礦納米材料現(xiàn)在還面臨許多限制以及需要優(yōu)化改進的地方 u200e[4] ，比如大規(guī)模生產(chǎn)化、商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化等

現(xiàn)在學者們普遍認為，MAPbI3納米線光電探測器較差的穩(wěn)定性是阻礙其實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用的最大障礙 u200e[5]

研究人員對此進行了大量的實驗進行探究和改進，通過改變和創(chuàng)新制備納米材料的準備和工藝流程，調(diào)整內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和外部表面的性質(zhì)等各個方法 u200e[6] ，在一定程度上實現(xiàn)了穩(wěn)定性能的提升

經(jīng)過大量的實驗，離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽(BMIMBF4) u200e[7] 作為鈍化劑加入到甲基銨鉛三碘化物(MAPbI3)納米線中，通過鈍化納米線中的缺陷，在表面形成鈍化層，使其光電性能得到了很大的提升

如今有許多形式不同的一維鹵化物鈣鈦礦的制備方法，包括化學氣象沉淀法 u200e[8] 、模板限制生長法 u200e[9] 、溶液法 u200e[10] 等方法

前兩種方法雖然制備出的納米線形狀和質(zhì)量較好，但是有制備的成本較高，時間較長，條件比較嚴苛等缺點，而使用溶液法可以在一定程度上彌補這些缺點

溶液法的操作大多可以在室溫下對襯底進行刮涂 u200e[11] 、旋涂 u200e[12] u200e[13] 或在傾斜襯底下滴加前驅(qū)體溶液 u200e[14] 來生長鈣鈦礦納米線

其中操作較為簡單的方法是在傾斜襯底上的自組裝法

該方法將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液滴在傾斜的襯底上，由于重力的分力加上溶劑蒸發(fā)的速度差，溶液會在襯底上結(jié)晶形成大面積排列的鈣鈦礦納米線陣列

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，未來鈣鈦礦納米材料的發(fā)展將具有更廣闊的應用潛力，例如光電探測器 u200e[15] 、太陽能電池 u200e[16] 、傳感器 u200e[17] 、存儲器件 u200e[18] 等

近年來，許多研究人員對鈣鈦礦納米線在人工智能 u200e[19] 、柔性電子器件 u200e[20] 、新型能源等重要領域的探索取得一定的重要成果

在以后，學者們對鈣鈦礦納米線研究發(fā)展會更加地注重于其可拓展性和穩(wěn)定性，還有在其他領域應用發(fā)展的可能性

總而言之，鈣鈦礦材料不斷地在前進的道路上發(fā)展得越來越好，它在自然環(huán)境、信息科學技術(shù)、新型材料探索等各大方面擁有美好的發(fā)展前景

2. 實驗部分2.1. 實驗試劑和儀器設備實驗試劑：甲基碘化銨(MAI，純度99.5%)購自西安寶萊特；N,N-二甲基甲酰胺(DMF)購自西隴科學；碘化銨(PbI2，純度99.99%)購自西安寶萊特；離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽(BMIMBF4)購自阿拉丁

實驗設備：鳳凰金相光學顯微鏡；自組裝微區(qū)光譜儀

2.2. 溶液配制1) 先配制質(zhì)量分數(shù)為1%的MAPbI3 (DMF)溶液：稱量0.25 g的MAI，再稱量0.75 g的PbI2，將他們裝入清洗后的最后加入104.7615 mL的DMF即可，其中DMF的密度為0.945 g/ml

2) 將配制好的溶液振蕩十幾秒鐘，使溶液變清亮且顏色為黃色，另外各取20.9523 mL的溶液裝到3個小瓶子中

3) 設置4組濃度不同濃度的BMIMBF4，濃度分別為0 mmol、0.1 mmol、0.3 mmol、0.6 mmol，將后面3個濃度的離子液體分別加入到對應的小瓶子中，并超聲30分鐘

2.3. 清洗Si片襯底1) 把Si片襯底按1 cm × 1.2 cm大小切割好，夾入燒杯

按順序加入適量丙酮、乙醇、去離子水、30%過氧化氫和濃硫酸(兩者溶液體積比為1:3)；2) 倒去濃硫酸和過氧化氫，往燒杯中加入適量去離子水超聲清洗10分鐘，重復3次；3) 把燒杯中的Si片襯底用鑷子夾到培養(yǎng)皿上吹干，然后將其置于UV (紫外線臭氧消毒柜)中30分鐘

2.4. Si襯底上生長MAPbI3NW



Figure 1. The process of preparing perovskite nanowires by evaporation-induced self-assembly method; (a) Petri dishes were placed on a 12? slope, and precursor solutions of different concentrations were added dropwise in turn; (b) Standing in a dark experimental environment for 7 h, MAPbI3NW for growth; (c) Petri dishes are placed on a heating table and heated at 80?C for 30 minutes, and the nanowires complete growth

圖1. 蒸發(fā)誘導自組裝法制備鈣鈦礦納米線的過程；(a) 培養(yǎng)皿置于12?的斜坡，依次滴加入不同濃度后的前驅(qū)體溶液；(b) 處于黑暗的實驗環(huán)境靜置7 h，MAPbI3NW進行生長；(c) 培養(yǎng)皿置于加熱臺在80℃下加熱半個小時，納米線完成生長我們的實驗步驟如

圖1所示，具體步驟如下

1) 調(diào)整一個傾斜角為12?的斜坡，然后把培養(yǎng)皿放在上面，使用移液槍量取4 uL前驅(qū)體溶液滴在襯底上，滴加的位置在襯底中間的最上方；2) 用一片鋁箔紙和一塊黑布緊蓋在培養(yǎng)皿上，讓其處于室溫、黑暗、干燥的實驗環(huán)境中，然后靜置培養(yǎng)皿7 h左右，讓納米線在Si襯底上生長；3) 納米線在Si襯底生長出形狀后，把培養(yǎng)皿置于加熱臺在80℃的溫度下加熱半個小時，納米線就完成生長了

3. 實驗結(jié)果我們對生長的鈣鈦礦納米線在光學顯微鏡下進行了直徑測量，

圖2為添加不同濃度的離子液體制備的鈣鈦礦納米線光學顯微鏡

圖



Figure 2. (a)~(d) MAP of MAPbI3NW after adding ionic solutions at concentrations of 0 mmol, 0.1 mmol, 0.3 mmol, 0.6 mmol, respectively

圖2. (a)~(d)分別為添加了濃度為0 mmol、0.1 mmol、0.3 mmol、0.6 mmol的離子液體后MAPbI3NW光學顯微鏡

圖

圖3為加入不同濃度的離子液體的MAPbI3納米線的PL光譜

由

圖2、

圖3可知，加入離子液體之后的納米線的直徑相對于沒有加入離子液體的變化不大，PL強度卻增高了，說明離子液體的加入鈍化了納米線的缺陷，晶體質(zhì)量變高了，提升了載流子的遷移率 u200e[21]

因此，在一定濃度范圍內(nèi)，隨著加入離子液體濃度的增加，MAPbI3納米線PL強度也在增高

但是當加入0.6 mmol的離子液體時，PL強度反而下降了，出現(xiàn)這樣的原因可能是因為離子液體的濃度過高抑制了MAPbI3NW的生長

其中當加入0.3 mmol離子液體的促進效果最強，PL值峰值最高，納米線排列也比較整齊



Figure 3. PL spectra of MAPbI3NW after addition of ionic solutions of different concentrations

圖3. 加入濃度不同離子液體后MAPbI3NW的PL光譜4. 結(jié)論

為了探究BMIMBF4濃度對MAPbI3納米線的影響，本文設置了不同濃度的離子液體，濃度分別為0 mmol、0.1 mmol、0.3 mmol、0.6 mmol，然后將其加入到鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中

通過光學顯微鏡測量四組納米線的直徑后，我們發(fā)現(xiàn)加入離子液體之后的納米線的直徑相對于沒有加入離子液體的變化不大，PL強度卻增強了，可以得出離子溶液鈍化了納米線的缺陷，晶體質(zhì)量得到了提升

隨著離子液體濃度的增加，大部分MAPbI3NW的生長形態(tài)也變得更好，PL值的強度更高

當離子液體的濃度為0.3 mmol時MAPbI3NW的生長效果最好，加入濃度為0.6 mmol的實驗組相對于其他組的促進效果較弱，可能是因為離子液體濃度過高抑制了鈣鈦礦納米線的生長

本實驗使用的蒸發(fā)誘導自組裝方法，只需要調(diào)整出一個傾斜角為12?的斜面讓加入離子液體的前驅(qū)體溶液在黑暗的環(huán)境中沿重力的方向自然流下和蒸發(fā)，溶液自組裝成納米線

這種方法所需要的成本相對較低、操作簡易、較容易在短時間內(nèi)制備出形態(tài)較為美觀，排列相對整齊的納米線，加入了離子液體的納米線的穩(wěn)定性也得到了很大的提升

基金項目本研究受廣西科技基地和人才專項，桂科AD20238095；桂林市創(chuàng)新平臺和人才計劃，20210217-9和廣西師范大學2022年國家級級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃立項(S202210602031)的資助

NOTES*并列第一作者

#通訊作者

參考文獻

[1]	Zhou, G.D., Kuang, D.L., Wang, G., He, X.F., Xu, C.Y., Dong, J., et al. (2023) PbI3-Ion Abnormal Migration in CH3NH3PbIxCl3?x Ultralong Single Nanowire for Resistive Switching Memories. Materials Characterization, 199, Arti-cle ID: 112762. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2023.112762
[2]	馬寧寧. 基于鈣鈦礦和有機材料體系的寬譜段光電探測器及其應用研究[D]: [博士學位論文]. 長春: 吉林大學, 2022. https://doi.org/10.27162/d.cnki.gjlin.2022.000337
[3]	Wang, H., Zhang, C.Q., Huang, W.Q., Zou, X.P., Chen, Z.Y., Sun, S.L., et al. (2022) Research Progress of ABX3-Type Lead-Free Perovskites for Optoelectronic Applications: Materials and Devices. Physical Chemistry Chemical Physics, 24, 27585-27605.
[4]	Wang, Y., Yang, Y., Han, D.-W., Yang, Q.-F., Yuan, Q., Li, H.-Y., et al. (2020) Amphoteric Imidazole Doping Induced Large-Grained Perovskite with Reduced Defect Density for High Performance Inverted Solar Cells. Solar Energy Materials and Solar Cells, 212, Arti-cle ID: 110553. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2020.110553
[5]	Wu, D.J., Xu, Y.C., Zhou, H., Feng, X., Zhang, J.Q., Pan, X.Y., et al. (2022) Ultrasensitive, Flexible Perovskite Nanowire Photodetectors with Long-Term Stability Ex-ceeding 5000 h. InfoMat, 4, e12320. https://doi.org/10.1002/inf2.12320
[6]	李呈霞. MAPbI3柱狀單晶的生長及其光電探測器的研究[D]: [碩士學位論文]. 長春: 吉林大學, 2020. https://doi.org/10.27162/d.cnki.gjlin.2020.006919
[7]	Yang, Q., Dettori, R., Yuan, G.J. and Anderson, L.R. (2020) A Perovskite Solar Cell Owing Very High Stabilities and Power Conversion Efficiencies. Solar Energy, 201, 541-546. https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.02.085
[8]	Zhang, A.N. and Lv, Q.R. (2020) Organic-Inorganic Hybrid Perovskite Nanomaterials: Synthesis and Application. ChemistrySelect, 5, 12641-12659. https://doi.org/10.1002/slct.202003659
[9]	Li, G.H., Che, T., Ji, X.Q., Liu, S.D., Hao, Y.Y., Cui, Y.X. and Liu, S.Z. (2019) Record‐Low‐Threshold Lasers Based on Atomically Smooth Triangular Nanoplatelet Perovskite. Advanced Functional Materials, 29, Article ID: 1805553. https://doi.org/10.1002/adfm.201805553
[10]	Pan, S., Zou, H.Y., Wang, A.C., Wang, Z.W., Yu, J., Lan, C.T., Liu, Q.L., et al. (2020) Rapid Capillary‐Assisted Solution Printing of Perovskite Nanowire Arrays Enables Scalable Produc-tion of Photodetectors. Angewandte Chemie, 132, 15052-15059. https://doi.org/10.1002/ange.202004912
[11]	Cheng, L., Xing, S.L., He, J.Z., He, Y.F., Li, J.H. and Fu, C.L. (2022) Regulation of the Photovoltaic Performance of TiO2@MAPbI3 Core-Shell Nanowire Arrays. International Journal of Materials Research, 113, 1053-1061. https://doi.org/10.1515/ijmr-2021-8450
[12]	Wang, J.Y., Wei, Y.P., Xu, Y.Y., Wang, Q., Lu, H.B., Qiu, L.Z. and Zhu, J. (2020) Photoluminescence and Electroluminescence Properties of Aligned CsPbBr3 Nanowire Films Prepared by Off-Center Spin-Coating. Synthetic Metals, 267, Article ID: 116481. https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2020.116481
[13]	Li, Z.J., Chu, S.L., Zhang, Y.H., Chen, W.J., Chen, J., Yuan, Y.B., et al. (2022) Mass Transfer Printing of Metal-Halide Perovskite Films and Nanostructures. Advanced Materials (Deerfield Beach, Fla.), 34, Article ID: 2203529. https://doi.org/10.1002/adma.202203529
[14]	劉艷珍, 崔艷霞. MAPbI3鈣鈦礦納米線光電探測器[J]. 激光與光電子學進展, 2018, 55(10): 305-311.
[15]	Wang, D.D., Cheng, W.J., Wang, C., Zhou, M., Tian, W. and Li, L. (2022) Recent Advances in the Functionalization of Perovskite Solar Cells/Photodetectors. Laser & Photonics Reviews, 17, Arti-cle ID: 2200641. https://doi.org/10.1002/lpor.202200641
[16]	Chen, Y., Zhang, M., Li, F.Q. and Yang, Z.Y. (2023) Recent Pro-gress in Perovskite Solar Cells: Status and Future. Coatings, 13, Article No. 644.
[17]	Anshu, K., Prathul, N., Vishal, K., Naveen, K.T. and Soumitra, S. (2023) 3D Printed Optical Sensor for Highly Sensitive Detection of Picric Acid Using Perovskite Nanocrystals and Mechanism of Photo-Electron Transfer. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Bio-molecular Spectroscopy, 286, Article ID: 121956. https://doi.org/10.1016/j.saa.2022.121956
[18]	Abubakkar, S., Kumar, H.P., Ujjal, D., Asim, R. and Kumar, S.P. (2023) Organic-Inorganic FAPbBr3 Perovskite Based Flexible Optoelectronic Memory Device for Light-Induced Multi Level Resistive Switching Application. Materials Chemistry and Physics, 297, Article ID: 127292.
[19]	胡揚, 張勝利, 周文瀚, 劉高豫, 徐麗麗, 尹萬健, 曾海波. 基于機器學習探索鈣鈦礦材料及其應用[J]. 硅酸鹽學報, 2023, 51(2): 452-468. https://doi.org/10.14062/j.issn.0454-5648.20220776
[20]	Wang, J.T., Wang, S.Z., Zhou, Y.H., Lou, Y.H. and Wang, Z.K. (2022) Flexible Perovskite Light-Emitting Diodes: Progress, Challenges and Perspective. Science China Materials, 66, 1-21. https://doi.org/10.1007/s40843-022-2197-4
[21]	吳定軍. 靈敏穩(wěn)定柔性鈣鈦礦納米線光電探測器的構(gòu)筑及其應用研究[D]: [博士學位論文]. 武漢: 湖北大學, 2022. https://doi.org/10.27130/d.cnki.ghubu.2022.000013

摘要: 近些年，一維(1D)鹵化物鈣鈦礦的低維納米材料在光電探測器材料領域成為備受科學家關注的焦點之一，因其擁有優(yōu)異的光吸收系數(shù)、發(fā)射效率和高載流子遷移率，長的載流子擴散長度等優(yōu)秀的光電性能。本實驗通過蒸發(fā)誘導自組裝方法制備出鈣鈦礦納米線，在保持鈣鈦礦溶液濃度不變的情況下，把離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸(BMIMBF4)作為添加劑加入到鈣鈦礦納米線中。其中設置了四組不同的BMIMBF4濃度來探究離子液體的添加對鈣鈦礦納米線的影響，其中離子液體的濃度分別為0 mmol、0.1 mmol、0.3 mmol、0.6 mmol。從實驗結(jié)果可以得知，加入BMIMBF4離子液體之后納米線的PL (穩(wěn)態(tài)光致發(fā))強度更高，表明BMIMBF4對MAPbI3納米線的生長起到一定的促進作用，提高了鈣鈦礦納米線的穩(wěn)定性和光電性能。其中加入0.3 mmol離子液體的促進效果最強，加入0.6 mmol離子液體的鈣鈦礦納米線相對于濃度為0.3 mmol那一組的促進效果較弱，可能是由于離子液體濃度過高抑制了鈣鈦礦納米線的生長。

標簽：鈣鈦礦納米線,離子液體,溶液法,自組裝,

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