论文部分内容阅读
随着科学技术的发展,人们对所使用材料的功能需求也越来越高,单一性能的材料已不能满足人们的需要。相对于传统有机和无机单组分材料,有机-无机杂化材料由于其综合了有机材料和无机材料的优异性能,并且具有简单的制备工艺,使其成为近几年材料、化学、医疗等多学科交叉领域研究中的热点。介于此,本论文选取低毒性三价铋离子和低成本二价锰离子作为无机骨架,以苄胺、乙二胺和2-氨基-4甲基吡啶作为有机基团,通过溶剂缓慢挥发结晶、水热结晶法等方法合成6种有机-无机杂化单晶,并对晶体材料的结构、形貌和光电化学稳定性进行了系列表征,并探索了其在薄膜太阳能电池中的应用。本论文的研究结果主要包括以下三个部分:(1)以氧化铋作为三价铋离子源的基本无机骨架,苄胺作为有机基团,与氢卤酸反应,通过水热结晶法制备出3种有机-无机杂化物:(C6H5CH2NH3)2Bi2Cl10、(C6H5CH2NH3)2Bi2Br11和(C6H5CH2NH3)BiI4。单晶衍射测试结果表明:在室温下(C6H5CH2NH3)2Bi2Cl10具有典型的2维层状结构,属于P21/c空间群、单斜晶系;(C6H5CH2NH3)2Bi2Br11空间群是P-1,属于三斜晶系,具有0维点状结构;(C6H5CH2NH3)Bi I4空间群为P21/n,属于单斜晶系,具有1维链状结构。UV-vis和TGA结果表明:(C6H5CH2NH3)2Bi2Cl10的光学带隙值为3.21 eV,热稳定性可达250℃;(C6H5CH2NH3)2Bi2Br11的光学带隙值为2.55 eV,热稳定性可达230℃;C6H5CH2NH3)Bi I4带隙值为1.67 eV,当温度达到290℃时,开始缓慢分解。(2)以碳酸锰作为二价锰离子源,2-氨基4-甲基吡啶和乙二胺分别作为有机基团,与氢溴酸反应,通过溶剂缓慢挥发法制备出(C6H9N2)2MnBr4和(NH3CH2CH2NH3)2MnBr62种Mn基有机-无机杂化荧光材料。(C6H9N2)2MnBr4属于三斜晶系,P-1空间群,具有0维点状结构。而(NH3CH2CH2NH3)2MnBr6为中心对称结构,属于正交晶系,Pnma空间群,同样具有0维点状结构。TGA和UV-vis结果表明,(C6H9N2)2MnBr4在200℃以下稳定,带隙值为2.18 eV;而(NH3CH2CH2NH3)2MnBr6热稳定性较高,可达到288℃,光学带隙值为2.61 eV。PL测试结果表明,(C6H9N2)2MnBr4荧光相对强度为817860 cps;(NH3CH2CH2NH3)2MnBr6荧光相对强度为8362 cps。(3)在前期工作的基础上,采用水热结晶法B位掺杂制备(NH3CH2CH2NH3)BixSb1-xI10单晶,与未掺杂的(NH3CH2CH2NH3)Bi2I10晶体相比,其晶体体积和宏观尺寸都比较大,约为1.8*0.8 mm,呈深红色无规则块状。TGA表明其热稳定性可达到330℃;UV-vis结果显示其光学带隙值为1.70 eV。在此基础上,通过前驱体一步旋涂法在ITO/Ni O基底上制备了(NH3CH2CH2NH3)BixSb1-xI10薄膜,并初步研究了其光电热稳定性。实验结果表明,在最佳工艺参数条件下制备出的(NH3CH2CH2NH3)BixSb1-xI10薄膜致密性较好且覆盖度较高,厚度约为1μm,EDX结果显示,(NH3CH2CH2NH3)BixSb1-x-x I10薄膜样品中,其I:(Bi+Sb)化学计量比为4.60,这与单晶样品(NH3CH2CH2NH3)BixSb1-xI10中I-、Bi3+和Sb3+化学计量比相一致。最后,测NiO/(NH3CH2CH2NH3)BixSb1-xI10半电池结构的电压值为70 mV。