Name: facile synthesis of colloidal lead halide perovskite nanoplatelets via ligand-assisted reprecipitation
Uploaded: 2019-10-01T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Facile Synthesis of Colloidal Lead Halide Perovskite Nanoplatelets via Ligand-Assisted Reprecipitation at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af det amerikanske energiministerium, Office of Science, Basic Energy Sciences (BES) underpris nummer DE-SC0019345. Seung Kyun ha blev delvist støttet af Kwanjeong Education Foundation Overseas doktor program Scholarship. Dette arbejde gjorde brug af MRSEC fælles eksperimentelle faciliteter på MIT, støttet af National Science Foundation under Award nummer DMR-08-19762. Vi takker Eric Powers for hjælp med korrektur og redigering.

Bemærk: enklere notationer af 'n = 1 BX ' og 'n = 2 ABX ' vil blive brugt herfra i stedet for den komplekse kemiske formel i henholdsvis l2BX4 og l2[ABX3] BX4. For bedre stabilitet og optiske egenskaber af resulterende perovskite nanoplatelets, anbefales det at fuldføre hele proceduren under inaktive betingelser49 (dvs. en nitrogen glovebox).
1. fremstilling af perovskite nanoplatelet forløber opl...

Produktet af denne syntese er kolloid bly halide nanoplatelets udjævnet af alkylammoniumhalogenid overflade ligander (figur 1a). Figur 1b demonstrerer den syntetiske procedure af kolloid perovskite nanoplatelets via ligand-assisteret renedbør. For at opsummere, konstituerende forløber salte blev opløst i en Polar solvent DMF i specifikke nøgletal for ønsket tykkelse og sammensætning, og derefter injiceres i toluen, som er nonpolar. På grund af den pludse...

I det seneste årti, fabrikation af bly halide perovskites solceller1,2,3,4,5,6 har effektivt fremhævet de fremragende egenskaber af denne halvledermateriale, herunder lang bærediffusions længder7,8,9,10, kompositoriske tunbarhed4,5,11 og lavpris syntese12. Især den unikke karakter af defekt tolerance13,14 gør bly halide perovskites fundamentalt forskellige fra andre halvledere og dermed meget lovende for næste generation optoelektroniske applikationer.
Ud over solceller har bly halide perovskiter vist sig at gøre fremragende optoelektroniske anordninger såsom lysemitterende dioder6,15,16,17,18, 19,20,21,22, lasere23,24,25og foto detektorer26,27, 28. Især når de er tilberedt i form af kolloid nanokrystaller18,29,30,31,32,33,34, 35,36,37,38,39,40,41,42,43, bly halide perovskites kan udvise stærk kvante-og dielektrisk-indeslutning, stor exciton binding energi44,45, og lyse luminescens17,19 sammen med facile løsning forarbejdning. Forskellige rapporterede geometrier, herunder quantum dots29,30,31,32, nanoroder33,34 og nanoplatelets18, 35,36,37,38,39,40,41,43 yderligere demonstrere form tunbarhed af bly halide perovskite nanokrystaller.
Blandt disse nanokrystaller, kolloid to-dimensionelle (2D) bly halide perovskites, eller "perovskite nanoplatelets", er særligt lovende for lysemitterende applikationer på grund af stærk indeslutning af ladning bærere, stor exciton bindende energi nå op til hundredvis af meV44, og spektralt smal emission fra tykkelse-Pure ensembler af nanoplatelets39. Desuden, Anisotropisk emission rapporteret for 2D perovskite nanokrystaller46 og andre 2D halvledere47,48 fremhæver potentialet for at maksimere udkoblings effektivitet fra perovskite nanoplatelet-baserede lysemitterende enheder.
Her demonstrerer vi en protokol for den enkle, universelle, rumtemperatur syntese af kolloid bly halide perovskite nanoplatelets via en ligand-assisteret reudfældnings teknik36,38,49. Perovskite nanoplatelets med Iodid og/eller bromid Halogenid anioner, methylammonium eller formamidinium organiske kationer og variable organiske overflade ligander påvises. Procedurer for kontrol af absorption og emission energi og tykkelsen renhed af kolloid dispersion diskuteres.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>365nm fiber-coupled LED</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>M365FP1</td>
			<td>Excitation source (Photoluminescence)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Avantes fiber-optic spectrometer</td>
			<td>Avantes</td>
			<td>AvaSpec-2048XL</td>
			<td>Photoluminescence detector (Photoluminescence spectra)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cary 5000</td>
			<td>Agilent Technologies</td>
			<td></td>
			<td>UV-Vis spectrophotometer (Absorption spectra)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FEI Tecnai G2 Spirit Twin TEM</td>
			<td>FEI Company</td>
			<td></td>
			<td>Transmission electron microscopy (TEM) operating at 120kV</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PANalytical X&#39;Pert Pro MPD</td>
			<td>Malvern Panalytical</td>
			<td></td>
			<td>X-ray diffraction (XRD) operating at 45 kV and 40 mA with a copper radiation source.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Materials</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>n-butylammonium bromide (BABr)</td>
			<td>GreatCell Solar</td>
			<td>MS305000-50G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>n-butylammonium chloride (BACl)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>B071025G</td>
			<td>butylamine hydrochloride</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>n-butylammonium iodide (BAI)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>805874-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N-dimethylforamide (DMF)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>227056-1L</td>
			<td>Anhydrous, 99.8%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>n-dodecylammonium bromide (DDABr)</td>
			<td>GreatCell Solar</td>
			<td>MS300880-05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>formamidinium bromide (FABr)</td>
			<td>GreatCell Solar</td>
			<td>MS350000-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>formamidinium iodide (FAI)</td>
			<td>GreatCell Solar</td>
			<td>MS150000-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>n-hexylammonium bromide (HABr)</td>
			<td>GreatCell Solar</td>
			<td>MS300860-05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>lead bromide (PbBr2)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>398853-5G</td>
			<td>.99.999%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>lead chloride (PbCl2)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>268-690-5G</td>
			<td>98%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>lead iodide (PbI2) solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>795550-10ML</td>
			<td>0.55M in DMF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>methylammonium bromide (MABr)</td>
			<td>GreatCell Solar</td>
			<td>MS301000-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>methylammonium iodide (MAI)</td>
			<td>GreatCell Solar</td>
			<td>MS101000-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>n-octylammonium bromide (OABr)</td>
			<td>GreatCell Solar</td>
			<td>MS305500-50G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>n-octylammonium chloride (OACl)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>O04841G</td>
			<td>octylamine hydrochloride</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>n-octylammonium iodide (OAI)</td>
			<td>GreatCell Solar</td>
			<td>MS105500-50G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>iso-pentylammonium bromide (i-PABr)</td>
			<td>GreatCell Solar</td>
			<td>MS300710-05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>toluene</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>244511-1L</td>
			<td>Anhydrous, 99.8%</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

facile synthesis of colloidal lead halide perovskite nanoplatelets via ligand-assisted reprecipitation

I dette arbejde viser vi en facile metode til kolloid bly halide perovskite nanoplatelet syntese (kemisk formel: L2[ABX3]n-1BX4, l: butylammonium og octylammonium, a: methylammonium eller formamidinium, B: bly, X: bromid og Iodid, n: antal [BX6]4- oktaedriske lag i retning af nanoplatelet tykkelse) via ligand-assisteret renedbør. Individuelle perovskite forløber opløsninger fremstilles ved at opløse hver nanoplatelet konstituerende salt i N, N-dimethylformamid (DMF), som er et polært organisk opløsningsmiddel, og derefter blande i specifikke nøgletal for målrettet nanoplatelet tykkelse og sammensætning. Når den blandede prækursor opløsning er faldet i ikke polære toluen, inducerer den pludselige ændring i opløselighed den øjeblikkelige krystallisering af nanoplatelets med overflade bundne alkylammoniumhalogenid-ligander, der giver kolloid stabilitet. Photoluminescens og absorption Spectra afslører lysafgivende og stærkt Quantum-begrænset funktioner. Røntgen diffraktion og transmission elektronmikroskopi bekræfter de to-dimensionelle struktur af nanoplatelets. Desuden viser vi, at bandet Gap af perovskite nanoplatelets kan løbende justeres i det synlige område ved at variere støkiometri af halide ion (s). Endelig viser vi fleksibiliteten i den ligand-assisterede renedbør metode ved at introducere flere arter som overflade-capping ligands. Denne metode er en simpel procedure til tilberedning af dispersioner af lysafgivende 2D-kolloid-halvledere.

Skematisk illustration af perovskite nanoplatelets og syntese procedure giver et overblik over de materielle og syntetiske detaljer (figur 1). Billeder af kolloid perovskite nanoplatelet opløsninger under omgivende lys og UV (figur 2), kombineret med fotoluminescens og absorption Spectra (figur 3) bekræfter yderligere den lysafgivende og absorptions karakter af nanoplatelets. TEM-billeder (figur 4) og...

Watch this Scientific Journal Video about Facile Synthesis of Colloidal Lead Halide Perovskite Nanoplatelets via Ligand-Assisted Reprecipitation at JoVE.com

Facile Synthesis of Colloidal Lead Halide Perovskite Nanoplatelets via Ligand-Assisted Reprecipitation

Dette arbejde demonstrerer facile rum-temperatur syntese af kolloid Quantum-begrænset bly halide perovskite nanoplatelets ved ligand-assisteret renedbør metode. Syntetiserede nanoplatelets viser spektralt smalle optiske funktioner og kontinuerlig spektral tunbarhed i hele det synlige område ved at variere sammensætningen og tykkelserne.

FACILE syntese af kolloid bly Halide Perovskite Nanoplatelets via ligand-assisteret Renedbør

In this work, we demonstrate a facile method for colloidal lead halide perovskite nanoplatelet synthesis (Chemical formula: L2[ABX3]n-1BX4, L: ...

Denne protokol viser rumtemperatursyntesen af kolloid perovskit nanoplader til fremtidige optoelektroniske applikationer. Den største fordel ved denne fremgangsmåde er den kompositoriske fleksibilitet, den giver. Ved at foretage enkle ændringer af prækursorblandingerne kan der nemt opnås forskellige perovskit nanoplader.Blyhalogenidperovskitter er unikt egnet til ligand-assisteret reprecipitation metode. I modsætning til traditionelle halvledere, kan obligationerne inden for perovskit krystal gitter let brydes og reformeres ved stuetemperatur. At syntetisere og lig med methylammonium bly bromid nanoplatelets, bland individuelle en milliliter mængder af de angivne 0,2 molar forløber løsninger i henhold til tabellen.At syntetisere og lig med methylammonium bly iodid nanoplatelets, bland individuelle en milliliter mængder af de angivne 0,2 molar forløber løsninger i henhold til tabellen. At syntetisere nanoplatelets med blandede halogenykompositioner, kombinere kun bromid og iodid kun perovskit nanoplatelet forløber løsninger af samme tykkelse ved den ønskede volumetriske forhold for målet sammensætning. For perovskit nanoplatelet syntese, injicere 10 mikroliter af hver blandet forløber opløsning i individuelle 10 milliliter aliquots af toluen under kraftig omrøring.Lad opløsningerne under omrøring i 10 minutter, indtil der ikke observeres yderligere farveændringer for at sikre en fuldstændig krystallisering af hver af de perovskit nanoplader. Til generel rensning af perovskitanopladerne centrifugeres opløsningerne ved 2,050 gange g i 10 minutter og kasseres supernatanterne. Derefter skal nanopladerne udbetales igen i en passende mængde opløsningsmiddel i henhold til den planlagte downstream-analyse med vortexing.Billeder af kolloid perovskit nanopladeopløsninger under omgivende og ultraviolet lys kombineret med fotoluminescens og absorptionsspektre bekræfter yderligere nanoplatelets emissive og absorptive karakter. Transmission elektron mikroskopi billeder og x-ray defrektion mønstre kan bruges til at vurdere de laterale dimensioner og stabling afstande af nanoplader, henholdsvis, samtidig med at bekræfte deres to-dimensionelle strukturer. Absorptionsspektre af perovskitnanpladeopløsninger med blandede halogener viser afstandens suntbarhed.Identiske fotoluminescensspektre fra perovskit nanoplader med forskellige ligands demonstrerer den organiske overflades kompositoriske fleksibilitet. Det skal bemærkes, at den præcise styring af forholdet mellem de enkelte prækursorer bestemmer tykkelsen af de resulterende nanoplader og sikrer deres tykkelse homogenitet. Efter syntese og rensning af nanopladerne kan postsynteseprocesser, såsom aflejring af tyndfilm, polymerindkapsling og optoelektronisk enhedsfabrikation, udføres afhængigt af den planlagte brug.Et spændende træk ved denne syntetiske metode er dens egnethed til automatiserede og høje gennem-put eksperimenter, som kan bruges til hurtigt at generere store datasæt til at træne prædiktive computermodeller. Blyhalogenider menes at være kræftfremkaldende, og indånding af organiske opløsningsmidler og nanopartikler kan være farlig. Håndter alle kemikalierne i et godt indesluttet miljø.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Facile and Efficient Preparation of Tri-component Fluorescent Glycopolymers via RAFT-controlled Polymerization

Facile og effektiv forberedelse af Tri-komponent fluorescerende Glycopolymers via RAFT-kontrolleret polymerisation

Synthetic glycopolymers are instrumental and versatile tools used in various biochemical and biomedical research fields. An example of a facile and ...

Synthesis and Exfoliation of Discotic Zirconium Phosphates to Obtain Colloidal Liquid Crystals

Syntese og Eksfoliering af Discotic Zirconium Fosfater fås Kolloid Flydende Krystaller

Due to their abundance in natural clay and potential applications in advanced materials, discotic nanoparticles are of interest to scientists and ...

Facile Preparation of 4-Substituted Quinazoline Derivatives

Facile Fremstilling af 4-substituerede quinazolinderivater

Reported in this paper is a very simple method for direct preparation of 4-substituted quinazoline derivatives from a reaction between substituted ...

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

Syntese af Protein biokonjugater<em&gt; via</em&gt; Cystein-maleimid Kemi

The chemical linking or bioconjugation of proteins to fluorescent dyes, drugs, polymers and other proteins has a broad range of applications, such as the ...

Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition

Epitaksial dyrkning af Perovskite strontiumtitanat på Germanium via Atomic Layer Deposition

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and ...

Facile Synthesis of Worm-like Micelles by Visible Light Mediated Dispersion Polymerization Using Photoredox Catalyst

Facile Syntese af ormelignende Miceller af synligt lys Mediated Dispersion polymerisering Brug Photoredox Catalyst

Presented herein is a protocol for the facile synthesis of worm-like micelles by visible light mediated dispersion polymerization. This approach begins ...

The Synthesis of [Sn10(Si(SiMe3)3)4]2- Using a Metastable Sn(I) Halide Solution Synthesized via a Co-condensation Technique

The Synthesis of [Sn10SiSiMe334]2- Using a Metastable SnI Halide Solution Synthesized via a Co-condensation Technique

Syntese af [Sn<sub&gt; 10</sub&gt; (Si (SiMe<sub&gt; 3</sub&gt;)<sub&gt; 3</sub&gt;)<sub&gt; 4</sub&gt;]<sup&gt; 2</sup<sup&gt; -</sup&gt; Brug en metastabil Sn (I) halogenid Solution Syntetiseret via en Co-kondens Teknik

The number of well-characterized metalloid tin clusters, synthesized by applying the disproportionation of a metastable Sn(I) halide in the presence of a ...

Low Pressure Vapor-assisted Solution Process for Tunable Band Gap Pinhole-free Methylammonium Lead Halide Perovskite Films

Lavtryk damp-assisteret løsningsprocessen for afstemmelige Band Gap Pinhole-fri Methylammonium bly Halogenid Perovskite film

Organo-lead halide perovskites have recently attracted great interest for potential applications in thin-film photovoltaics and optoelectronics. Herein, ...