【摘 要】
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有机-无机杂化钙钛矿材料因其具有结构自由性,气体敏感特性,优异的光电化学性能等特点成为近年来的热点材料。为了满足当今时代对于多功能材料的需求,本课题选择铅卤钙钛矿MAPbX_3(X=Br,I)材料作为研究对象,并利用富胺基团对材料进行改性,为提高在储能电极材料以及光催化降解领域的应用性能提供理论基础。通过溶剂热法制备了MAPbI_3及MAPbBr_3晶体材料,探究了反应温度及时间对晶体微观形貌的影
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有机-无机杂化钙钛矿材料因其具有结构自由性,气体敏感特性,优异的光电化学性能等特点成为近年来的热点材料。为了满足当今时代对于多功能材料的需求,本课题选择铅卤钙钛矿MAPbX3(X=Br,I)材料作为研究对象,并利用富胺基团对材料进行改性,为提高在储能电极材料以及光催化降解领域的应用性能提供理论基础。通过溶剂热法制备了MAPbI3及MAPbBr3晶体材料,探究了反应温度及时间对晶体微观形貌的影响。通过SEM、XRD、HALL、PL等测试方法对晶体的生长机制、物相结构、光学性质以及载流子性能进行了探究。研究结果证明,最佳制备参数下得到的两种晶体形貌均匀,缺陷较少,载流子性能优异,扩散长度分别为2.07μm及2.08μm。时间演化实验表明两种晶体的生长机理分别为奥斯特瓦尔德熟化机制以及聚集组装生长机制,过长的反应时间均会使晶体结构发生破坏。利用低浓度氨气(NH3)气氛对MAPbI3进行了诱导改性,通过SEM、HALL、XRD、FTIR等手段对材料进行表征。测试结果表明,适宜的气氛处理时间(30 min)提高了材料的导电能力以及反应活性面积。相比于纯物质,氨气气氛处理后样品明显提高的比容量和循环性能(300圈循环后比容量为132 mAh·g-1)可归因于动力学上更快的锂离子扩散速率(5.26×10-9 cm2·s-1)以及体积效应较小的纳米棒状团簇结构,并总结出分子在动态交换过程中形成弱配位络合物的反应机制。利用质子化氮化碳(p-C3N4)成功制备了MAPbBr3/p-C3N4复合材料,通过XRD、SEM、FTIR、TRPL等测试方法探究了p-C3N4的引入对MAPbBr3物相结构、光学性质以及载流子性能的影响。结果显示质子化氮化碳p-C3N4的界面电荷转移行为使得MAPbBr3中的电子更容易被提取,提高了活性光生电子的比例,其界面电荷转移速率为ket=2.83×109 s-1,同时p-C3N4的空穴传输行为将作为助推剂加速反应的进行,其空穴传输速率为kht=4.90×106 s-1。另外p-C3N4投料量为1 mg的样品在可见光照射20 min时对于有机染料孔雀石绿(MG)能够达到98.7%的降解率,为原始MAPbBr3的4.5倍,且高效的循环使用次数达10次以上,在催化活性及稳定性方面均有明显提升。自由基检测实验结果证明性能的提升得益于分子氧的活化过程。
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