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马建中教授团队在国际期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》发表封面论文:无铅钙钛矿纳米晶方面取得新进展

发布日期:2022-06-15   作者:暴欣  点击量:

铅卤钙钛矿纳米晶因其优异的光电性能,在发光二极管、太阳能电池、光催化等领域引起了广泛关注,然而因其含铅量高而饱受争议。锡与铅位于同一主族而具有相似的外层电子结构,是极具潜力的铅替代元素。皮革加工过程中会产生大量的废弃革屑,存在侵占土地、污染环境等危害,但其也含有丰富的胶原蛋白,因此废革屑的无害清洁处理和资源化利用迫在眉睫。近日,陕西科技大学马建中教授团队以废革屑水解物作为多齿配体取代传统配体,利用其含有的羧基、氨基及大分子链钝化并包覆CsSnCl3钙钛矿纳米晶,有效阻止环境中水分、氧气等对纳米晶的侵蚀,大幅提升纳米晶的稳定性;进而引入离子液体,在离子液体/废革屑水解物体系中原位生长CsSnCl3钙钛矿纳米晶,由于离子液体的引入增强了体系的抗氧化性并形成富卤素环境,进一步提升了纳米晶的稳定性。该成果以“Waste Leather Scrap Hydrolysate: A High-Quality Multidentate Ligand for In Situ Growth of Highly Stable CsSnCl3 Perovskite Nanocrystals”为题在国际期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》上发表封面论文(图1)。本文的第一作者是陕西科技大学吕斌教授。陕西科技大学吕斌教授、高党鸽教授和马建中教授为本文的共同通讯作者。

图1 论文封面

图2(a)考察了离子液体/废革屑/CsSnCl3钙钛矿纳米晶的稳定性,其在水和紫外光照共同作用72 h后,剩余荧光强度仍能保持70%。图2(b)考察了离子液体/废革屑/CsSnCl3钙钛矿纳米晶的抗氧化性,经过一周的空气暴露,仅有少部分Sn2+被氧化成Sn4+,表明离子液体/废革屑/CsSnCl3钙钛矿纳米晶具有较强的自由基捕获能力,能够有效抑制体系中Sn2+的氧化,提升了纳米晶的稳定性。

图2 离子液体/废革屑/CsSnCl3钙钛矿纳米晶(a)水及紫外条件下随时间变化的相对荧光强度;(b)空气中暴露一周后的X射线光电子能谱Sn 3d5/2

本文为了研究CsSnCl3钙钛矿纳米晶废弃后金属离子在环境中的扩散情况,对其进行了消解处理,并通过ICP对消解产生的液体进行了表征,结果如图3所示。以传统油酸和油胺为配体制备的纳米晶上清液中Sn含量明显高于离子液体/废革屑水解物-CsSnCl3钙钛矿纳米晶,这是由于废革屑水解物含有大量的羧基、氨基,对金属离子具有一定的吸附能力,能有效抑制废弃金属离子向环境的扩散。同时,CsSnCl3钙钛矿纳米晶废弃后散溢出的Cr浓度仅有0.003 ppm,远低于相关国家标准。

图3 消解处理后传统油酸和油胺为配体制备的纳米晶、离子液体/废革屑水解物-CsSnCl3钙钛矿纳米晶上清液中Sn的ICP结果、离子液体/废革屑水解物-CsSnCl3钙钛矿纳米晶上清液中Cr的ICP结果

该研究为提升锡卤钙钛矿纳米晶的稳定性提供了新的思路,也拓宽了废革屑资源化利用的途径。

文章链接:https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c06246