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 arbeidet ble støttet av US Department of Energy, Office of Science, Basic Energy Sciences (BES) under tildeling nummer DE-SC0019345. Seung Kyun ha ble delvis støttet av Kwanjeong Education Foundation Overseas doktorgrads program Scholarship. Dette arbeidet gjorde bruk av MRSEC delte eksperimentelle fasiliteter ved MIT, støttet av National Science Foundation under pris nummer DMR-08-19762. Vi takker Eric Powers for å få hjelp med korrektur og redigering.

Merk: enklere merknader av 'n = 1 BX ' og 'n = 2 ABX ' vil bli brukt herfra i stedet for den komplekse kjemiske formelen av L2BX4 og L2[ABX3] BX4, henholdsvis. For bedre stabilitet og optiske egenskaper resulterende perovskite nanoplatelets, anbefales det å fullføre hele prosedyren under inert forhold49 (dvs. en nitrogen glovebox).
1. utarbeidelse av perovskite nanoplatelet forløper løsning
<...

Produktet av denne syntesen er kolloidalt bly halogen nanoplatelets avkortet av alkylammonium halogen overflate ligander (figur 1a). Figur 1B demonstrerer syntetisk prosedyre av kolloidalt perovskite nanoplatelets via ligand-assistert reprecipitation. For å oppsummere, ble konstituerende forløperen salter oppløst i en Polar løsemiddel DMF i bestemte forhold for ønsket tykkelse og sammensetning, og deretter injisert i toluen, som er polare. På grunn av den ...

I det siste tiåret, fabrikasjon av bly halogen perovskites solceller1,2,3,4,5,6 har effektivt fremhevet de gode egenskapene til denne Semiconductor materiale, inkludert lange carrier diffusjon lengder7,8,9,10, justeringsevne-4,5,11 og lave kostnader syntese12. Spesielt gjør den unike natur defekt toleranse13,14 bly halogen perovskites fundamentalt forskjellig fra andre halvledere og dermed svært lovende for neste generasjons Optoelektronisk applikasjoner.
I tillegg til solceller, har bly halogen perovskites vist å gjøre gode Optoelektronisk enheter som lys-Emitting dioder6,15,16,17,18, 19,20,21,22, lasere23,24,25og photodetectors26,27, 28og andre. Spesielt når forberedt i form av kolloidalt nanokrystaller18,29,30,31,32,33,34, 35,36,37,38,39,40,41, 42,43, bly halogen perovskites kan utvise sterk kvante-og dielektrisk, stor exciton bindende energi44,45og lyse luminescence17,19 sammen med facile løsning behandlingsevne. Ulike rapporterte geometri inkludert Quantum Dots29,30,31,32, nanoroder33,34 og nanoplatelets18, 35,36,37,38,39, 40, 41, 43 Videre demonstrere formen justeringsevne av bly halogen perovskite nanokrystaller.
Blant de nanokrystaller, kolloidalt to-dimensjonale (2D) bly halogen perovskites, eller "perovskite nanoplatelets", er spesielt lovende for Light-Emitting programmer på grunn av sterk fangenskap av lade bærere, store exciton bindende energi nå opp til hundrevis av meV44, og Spectrally smale utslipp fra tykkelse-rene ensembler av nanoplatelets39. I tillegg Anisotrop utslipp rapportert for 2D-perovskite nanokrystaller46 og andre 2D halvledere47,48 fremhever potensialet for å maksimere outcoupling effektivitet fra perovskite nanoplatelet-baserte enheter som avgir lys.
Her viser vi en protokoll for den enkle, universelle, rom-temperatur syntese av kolloidalt bly halogen perovskite nanoplatelets via en ligand-assistert reprecipitation teknikk36,38,49. Perovskite nanoplatelets som omfatter iodide og/eller bromide halogen anioner, methylammonium eller formamidinium organiske spesifikasjoner, og variable organiske overflate ligander er demonstrert. Prosedyrer for å kontrollere absorpsjon og utslipps energi og tykkelsen renheten av kolloidalt dispersjon 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 arbeidet viser vi en facile metode for kolloidalt bly halogen perovskite nanoplatelet syntese (kjemisk formel: L2[ABX3]n-1BX4, L: butylammonium og octylammonium, a: methylammonium eller formamidinium, B: bly, X: bromide og iodide, n: antall [BX6]4- octahedral lag i retning av nanoplatelet tykkelse) via ligand-assistert reprecipitation. Individuelle perovskite forløper løsninger er utarbeidet ved å oppløse hver nanoplatelet bestanddel salt i N, N-dimethylformamide (DMF), som er en Polar organisk løsningsmiddel, og deretter blande i bestemte prosenter for målrettet nanoplatelet tykkelse og sammensetning. Når blandet forløper løsningen er droppet inn polare toluen, den brå endring i løselighet induserer momentant krystallisering av nanoplatelets med overflate-bundet alkylammonium halogen ligander gir kolloidalt stabilitet. Photoluminescence og absorpsjon Spectra avslører emissive og sterkt Quantum-lukkede funksjoner. X-ray Diffraksjon og overføring elektron mikroskopi bekrefte den todimensjonale strukturen av nanoplatelets. Videre viser vi at bånd gapet i perovskite nanoplatelets kan stilles inn kontinuerlig i det synlige området ved å variere støkiometri av halogen (er). Til slutt viser vi fleksibiliteten til ligand-assistert reprecipitation metode ved å innføre flere arter som overflate-capping ligander. Denne metodikken representerer en enkel prosedyre for å forberede dispersjoner av emissive 2D-kolloidalt halvledere.

Skjematisk illustrasjon av perovskite nanoplatelets og syntese prosedyre gir en oversikt over materialet og syntetiske detaljer (figur 1). Bilder av kolloidalt perovskite nanoplatelet løsninger under omgivelseslys og UV (figur 2), kombinert med Photoluminescence og absorpsjon Spectra (Figur 3) ytterligere bekrefte emissive og absorberende natur nanoplatelets. TEM-bilder (Figur 4) og XRD-mønstre (<stro...

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 arbeidet demonstrerer facile rom-temperatur syntese av kolloidalt Quantum-begrenset bly halogen perovskite nanoplatelets av ligand-assistert reprecipitation metode. Syntetisert nanoplatelets viser Spectrally smale optiske funksjoner og kontinuerlig Spectral justeringsevne gjennom hele det synlige området ved å variere sammensetningen og tykkelser.

Facile syntese av kolloidalt bly halogen Perovskite Nanoplatelets via ligand-assistert Reprecipitation

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

Denne protokollen demonstrerer romtemperatursyntesen av kolloidale perovskite nanoplater for fremtidige optoelektroniske applikasjoner. Den største fordelen med denne tilnærmingen er den kompositoriske fleksibiliteten den gir. Ved å gjøre enkle endringer i forløperblandingene, kan forskjellige perovskite nanoplater lett oppnås.Blyhalogenperovskites er unikt egnet til den ligandassisterte reprecipitation-metoden. I motsetning til tradisjonelle halvledere, kan bindingene i perovskite krystallgitter enkelt brytes og reformeres ved romtemperatur. For å syntetisere og lik methylammonium blybromid nanoplater, bland individuelle en milliliter volumer av de angitte 0,2 molar forløperløsninger i henhold til tabellen.For å syntetisere og lik methylammonium bly iodide nanoplater, bland individuelle en milliliter volumer av de angitte 0,2 molar forløperløsninger i henhold til tabellen. For å syntetisere nanoplater med blandede haloidsammensetninger, kombinere bromid bare og jodde bare perovskite nanoplateplate forløperløsninger av samme tykkelse ved ønsket volumetrisk forhold for målsammensetningen. For perovskite nanoplatesyntese, injiser 10 mikroliter av hver blandet forløperløsning i individuelle 10 milliliter aliquots toluen under kraftig omrøring.La løsningene være under omrøring i 10 minutter til det ikke observeres ytterligere fargeendringer for å sikre en fullstendig krystallisering av hver av perovskite nanoplater. For generell rensing av perovskite nanoplater, sentrifuge løsningene på 2, 050 ganger g i 10 minutter og kast supernatantene. Deretter utbetale nanoplatene i et passende volum av løsemiddel i henhold til den planlagte nedstrøms analysen med vortexing.Bilder av kolloidale perovskite nanoplateløsninger under omgivelses- og ultrafiolett lys kombinert med fotoluminescens og absorpsjonsspektra bekrefter ytterligere nanoplatenes utillatende og absorptive natur. Transmisjonselektronmikroskopibilder og røntgendefraksjonsmønstre kan brukes til å estimere de laterale dimensjonene og stablingsavstandene til nanoplatene, samtidig som de bekrefter deres todimensjonale strukturer. Absorpsjonspektra av perovskite nanoplateløsninger med blandede halider viser tunabiliteten til båndgapet.Identiske fotoluminescensspektra fra perovskite nanoplater med forskjellige ligander viser den kompositoriske fleksibiliteten til de organiske overflatefangende artene. Det må bemerkes at den nøyaktige kontrollen av forholdet mellom individuelle forløpere bestemmer tykkelsen på de resulterende nanoplatene og sikrer deres tykkelse homogenitet. Etter syntese og rensing av nanoplater, post-syntese prosesser, for eksempel tynn film deponering, polymer innkapsling, og optoelektroniske enheten fabrikasjon kan utføres avhengig av den planlagte bruken.En spennende funksjon i denne syntetiske metoden er egnetheten for automatisert og høy gjennom-put eksperimentering, som kan brukes til raskt å generere store datasett for å trene prediktive datamodeller. Blyhalogene antas å være kreftfremkallende og innånding av organiske løsemidler og nanopartikler kan være farlig. Håndter alle kjemikaliene i et godt inneholdt miljø.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

Lettvinte og effektiv Utarbeidelse av Tri-komponent Fluorescent Glycopolymers via RAFT-kontrollerte Polymerisering

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 Peeling av Discotic Zirkonium Fosfater henter Kolloidalt Liquid Crystals

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 av 4-Substituerte kinazolinderivater

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 av Protein Bioconjugates<em&gt; via</em&gt; Cystein-maleimide kjemi

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

Epitaxial Vekst av Perovskite strontium titanate på Germanium via Atomic Layer Nedfall

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 Synthesis of Worm-lignende Miceller av synlig lys mediert dispersjonspolymeriseringen Bruke 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

Syntesen av [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; Ved hjelp av en metastabil Sn (I) Halide Solution syntetisert via en Co-kondense Technique

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

Lavtrykk damp-assistert løsningsprosessen for Tunable Band Gap Pinhole-fri Methylammonium bly metallhalid Perovskite filmer

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