层状类钙钛矿结构的合成及性质的研究

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有机无机杂化层状钙钛矿由于其杰出的光电特性,具有广泛的应用前景。目前较多的研究集中在二维(2D)单层钙钛矿,两层及多层的钙钛矿在国内外的研究近年来也引起了广泛的关注。2D钙钛矿是由三维(3D)结构在某一晶面上被有机阳离子插入而中断,这可能改变物质的稳定性和功能性。本文主要分为三部分,通过一些有机胺盐为模板,合成一系列二维单层及多层的钙钛矿化合物,并研究了这些化合物的性质。第一部分主要研究了单层二维钙钛矿化合物[(FBMA)2PbBr4](FBMA=3-氟-N-甲基苄胺)的可逆相变及光学性质。利用3-氟-N-甲基苄胺和溴化铅在氢溴酸中按照一定比例合成晶体[(FBMA)2PbBr4],通过差示扫描量热分析(DSC)发现在温度T=112℃时发生可逆相变,通过变温单晶进一步证实该相变是由化合物中有机阳离子有序-无序转变引起的。此外,通过荧光光谱证实,在380 nm激发波长下,该化合物在443 nm处有强烈的荧光发射峰。第二部分主要研究2-噻吩甲胺分别与甲胺盐(MACl:CH3NH3Cl)和甲眯盐(FACl:CH5N2Cl)合成(TMA)2(MA)Pb2I7和(TMA)2(FA)Pb2I7(TMA=2-噻吩甲胺)晶体,通过单晶衍射仪研究了两种晶体常温及高温的晶体结构,并通过差示扫描量热分析(DSC)和介电仪测试,研究了两种化合物的相变性质和介电性质。第三部分主要引入4-氟苄胺(4-FBA)作为大的有机阳离子,合成一系列的二维层状钙钛矿,其通式为:[(4-FBA)2(MA)n-1Pbn I3n+1](4-FBA=4-FC6H4CH2NH3,MA=CH3NH3,n=1,2,3,n代表无机化合物层数)。该晶体结构可以看作用4-氟苄胺沿特定结晶平面切割3D[MAPbI3]形成的多层钙钛矿结构。根据紫外-可见吸收,多层化合物的带隙值随着无机钙钛矿层数的增加而降低(n=1,Eg=2.23 eV;n=2,Eg=2.01 eV;n=3,Eg=1.78 eV),因此该层状化合物可能在太阳能吸收方面具有潜在应用。
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