一种二维有机-无机杂化双钙钛矿半导体晶体及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种二维有机

【技术实现步骤摘要】
一种二维有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体晶体及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于功能晶体材料领域中的人工晶体材料领域，具体涉及一种二维有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体晶体及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]近年来，以铅碘甲胺(CH3NH3PbI3)为代表的有机
‑
无机杂化钙钛矿材料，具有诸多优异的光电物理性能，成为光电功能材料领域的研究热点。其中，体块有机
‑
无机杂化钙钛矿半导体由于载流子迁移率高，载流子扩散距离长，以及可采用低成本的溶液法生长，在光电二极管(LED)，太阳能电池，光电探测器等光电器件中展现了巨大潜力。然而，稳定性较差以及铅元素的毒性等问题制约了这类三维杂化钙钛矿材料大规模的生产和应用。因此合成绿色、稳定的有机
‑
无机杂化钙钛矿化合物是目前光电材料研究领域重要的研究课题。以铅卤素钙钛矿材料为骨架模型，采用异价离子取代的方法，如选择一价金属和三价金属离子取代Pb
2+
,构筑有机
‑
无机杂化双钙钛矿化合物是一个设计新型绿色、稳定杂化钙钛矿材料的可行方案。与此同时，引入大尺寸芳香胺阳离子，利用降维策略，组装二维有机
‑
无机杂化双钙钛矿，提高其稳定性，并且二维层状的结构具有独特的量子阱效应，可提高材料的激子结合能，促进光生电子和空穴的快速分离。
[0003]因此基于芳香胺构筑稳定性高和光电性能优异的有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体材料，并基于其高质量单晶光电器件具有重要的理论和实际价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术的第一个目的在于提供一种二维有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体晶体。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供一种有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体晶体的制备方法。
[0006]本专利技术的第三个目的在于提供一种有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体晶体的用途。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]方案一)
[0009]一种有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体晶体，所述的无机
‑
有机杂化半导体材料的化学式为(C6H5CH2NH3)4AgBiBr8。
[0010]进一步地，所述的有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体晶体属于单斜晶系，空间群为P21/c。
[0011]进一步地，所述晶体的晶胞参数为：进一步地，所述晶体的晶胞参数为：α＝90
°
，β＝90.052(3)
°
，γ＝90
°
，Z＝2。
[0012]方案二)
[0013]一种有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体晶体的制备方法，包括以下步骤：
[0014]称取苄胺、Ag2O和Bi2O3并置于烧杯中，再向烧杯中加入HBr水溶液，加热到126～130℃并搅拌至得到黄色澄清溶液；
[0015]然后将得到的溶液密封放入55℃
‑
60℃的烘箱中，以0.8～1(℃/天的速率冷却至室温，即得到所述的有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体；
[0016]所述的苄胺、Ag2O和Bi2O3的摩尔比为(4～8)：(1～2)：1；
[0017]所述的Ag2O与HBr的摩尔比为1：(8～20)。
[0018]进一步地，所述的HBr水溶液中HBr的质量分数为47～48％。
[0019]方案三)
[0020]一种有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体的用途，所述的有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体(C6H5CH2NH3)4AgBiBr8能应用在光电导探测器领域。
[0021]X射线单晶衍射的结果表明：该化合物的分子式为C
28
H
40
AgBiBr8N4，结构简式为(C6H5CH2NH3)4AgBiBr8。其中，C6H5CH2NH3代表苄铵离子。在室温下(C6H5CH2NH3)4AgBiBr8晶体属于单斜晶系，空间群为P21/c。该化合物的晶胞参数为α＝90
°
，β＝90.052(3)
°
，γ＝90
°
，Z＝2，单胞体积为
[0022]较之前的现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术制备了一种有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体晶体，本专利技术的有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体晶体制备成平面光电导探测器可实现对本征吸收光谱的高灵敏度探测。利用波长为405nm的激光照射该单晶晶体探测器件，测试其光电响应。当入射光的功率密度为50.9mW/cm2时，该晶体器件表现出明显的光电导效应，光电流和暗电流的比值(I
ph
/I
dark
)可以达到1.8
×
103。该结果表明该材料用作光电导探测器件具有潜在的应用价值。
附图说明
[0023]图1是本专利技术中实施例2(C6H5CH2NH3)4AgBiBr8晶体的照片
[0024]图2是本专利技术中(C6H5CH2NH3)4AgBiBr8晶体的晶体结构堆积图
[0025]图3是本专利技术中(C6H5CH2NH3)4AgBiBr8的紫外可见吸收光谱
[0026]图4是本专利技术中(C6H5CH2NH3)4AgBiBr8晶体的光电导性能
具体实施方式
[0027]下面结合具体实施例对本专利技术进一步阐述
[0028]实施例1
[0029]制备有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体晶体(C6H5CH2NH3)4AgBiBr8[0030]采用降温结晶法合成晶体(C6H5CH2NH3)4AgBiBr8，化学反应式为
[0031]8C6H5CH2NH2+Ag2O+Bi2O3+8HBr
→
[0032]2(C6H5CH2NH3)4AgBiBr8+4H2O
[0033]称取苄胺(2
×
10
‑3mol)、氧化银(0.5
×
10
‑3mol)、氧化铋(0.5
×
10
‑3mol)溶于10mL的氢溴酸(质量分数为48％)中，加热到126℃并搅拌至得到黄色澄清溶液。然后将得到的溶液自然冷却至室温，得到黄色片状微晶，过滤、烘干，即得到所述的有机
‑
无机杂化双钙钛矿
半导体晶体(C6H5CH2NH3)4AgBiBr8。
[0034]实施例2
[0035]有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体晶体(C6H5CH2NH3)4AgBiBr8的制备
[0036]将苄胺(4
×
10
‑3mol)、氧化银(1
×
10
‑3mol)、氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体晶体，其特征在于：所述的无机
‑
有机杂化半导体材料的化学式为(C6H5CH2NH3)4AgBiBr8。2.根据权利要求1所述的一种有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体晶体，其特征在于：所述的有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体晶体属于单斜晶系，空间群为P21/c。3.根据权利要求2所述的有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体晶体，其特征在于：所述晶体的晶胞参数为：α＝90
°
，β＝90.052(3)
°
，γ＝90
°
，Z＝2。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的有机
‑
无机杂化双钙钛矿半导体晶体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：称取苄胺、Ag2O和Bi...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗军华，许鹏，姬成敏，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：