反溶剂法快速合成高效发光二维锡卤钙钛矿材料

铅卤钙钛矿材料由于其优异的光电性质而受到了广泛关注. 但是, 材料中铅的毒性问题极大地阻碍了其大规模应用. 因此, 寻找与铅卤钙钛矿具有相似光电性质的非铅卤化物钙钛矿材料十分重要. 其中, 锡基卤化物钙钛矿被认为是铅基钙钛矿材料最佳的替代材料之一. 本文通过简便的反溶剂方法, 合成了一系列新型二维(RNH₃)₂SnX₄(R为烷基链, X=Br^-, I^-)钙钛矿材料. 研究结果表明, 所合成的材料具有优异的荧光发射性质, 发光量子效率高达98.5%, 比三维ASnX₃[A=Cs⁺, 甲胺(MA⁺), 甲脒(FA⁺)等]型钙钛矿表现出更好的稳定性. 本文所采用的合成方法简单易行, 有利于实现金属卤化物钙钛矿材料的大规模合成及在固态照明器件和显示器件领域的工业应用.     

原位烷基化调控无机-有机杂化类钙钛矿材料的结构及其性能※

无机-有机杂化类钙钛矿材料由于结构可调和独特的光电特性而引起了人们的广泛关注. 通过选用不同的烷基化溶剂, 一步水热法原位合成了两种新型的无机-有机杂化材料——二维(2D)结构的[(Me₃)ODA(Me₃)]₃Pb₅I₁₆ (1)和一维(1D)结构的[H(Et₂)ODA(Et₂)H]Pb₂I₆•H₂O (2) (ODA=4,4-二氨基二苯醚). 化合物1由2D的无机类钙钛矿层[Pb₅I₁₆]^6–和有机阳离子[(Me₃)ODA(Me₃)]²⁺组成, 化合物2由1D无机类钙钛矿链[Pb₂I₆]^2–、有机阳离子[(Et₂)ODA(Et₂)]²⁺和水分子组成. 实验表明, 两种不同维度的化合物虽然都具有典型的半导体性能, 但却表现出不同的化学稳定性以及光、电等物理特性. 其中, 化合物1对波长为400~700 nm的光呈现出明显的光电响应, 而化合物2在对水和有机溶剂表现出良好稳定性的同时, 还表现出优异的湿敏响应性能.     

少铅钙钛矿CH3NH3SrxPb(1-x)I3的合成及其在全固态薄膜太阳能电池中的应用

近年来, 有机-无机杂化铅卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)得到了迅猛发展, 其最高光电转换效率已经达到19.3%. 该类型太阳能电池使用的钙钛矿型吸光材料为含Pb的有机-无机杂化铅卤钙钛矿, 从长远来看,Pb的毒性将制约其大规模应用. 本文从减少吸光材料中Pb的含量出发, 尝试用Sr 部分取代Pb制备一系列少铅钙钛矿CH₃NH₃Sr_xPb_(1-x)I₃, 并将其应用于钙钛矿太阳能电池进行光电性能的研究. 研究结果表明, 相比于全Pb 钙钛矿(CH₃NH₃PbI₃)材料, Sr 取代量为30% (x=0.3)时, 所形成的CH₃NH₃Sr_0.3Pb_0.7I₃光谱吸收大范围增强,但基于此材料制备的电池器件性能明显下降.     

铋基钙钛矿(CH3NH3)3Bi2I9薄膜的制备及在光伏电池中的应用

铋基钙钛矿由于稳定性强及毒性低,被认为是未来极具发展潜力的环保型钙钛矿材料。(CH₃NH₃)₃Bi₂I₉(MBI)因具有优异的光吸收性能而引起人们的普遍关注。本文介绍了MBI钙钛矿晶体的结构及性能,总结了其薄膜的制备方法,并重点叙述了不同方法制备的MBI钙钛矿薄膜在光伏电池中的应用情况。MBI钙钛矿与铅基钙钛矿的效率相比还有很大差距,如何提高其光电转换效率仍是今后研究的主要方向。     

超卤素掺杂立方相卤化物钙钛矿太阳能电池材料第一性原理研究

卤化物钙钛矿（ABC₃）太阳能电池由于其优异的光电性质引起了人们的广泛关注,对结构中的A位及B位离子进行等价离子取代是调控钙钛矿材料禁带宽度的有效方法之一.本文研究拟用超卤素离子团簇（BeX₃^-,MgX₃^-,BX₄^-,AlX₄^-,SiX₅^-,PX₆^-,X＝F,Cl）对立方相CsPbI₃钙钛矿中的I^-离子进行部分掺杂或完全取代,设计了一系列基于超卤素团簇掺杂的新型卤化物钙钛矿太阳能电池材料,并运用第一性原理的方法对材料的结构和性质进行了模拟研究.结果表明,采用上述超卤素离子团簇对CsPbI₃钙钛矿中的I^-离子进行部分掺杂比全部取代后得到的结构体系禁带宽度小;采用PCl₆^-团簇取代I^-离子得到的CsPb （PCl₆）₃体系的禁带宽度是1.58 eV,其导带底部主要由Cl原子的3p轨道、P原子的3s轨道以及Pb原子的6p轨道杂化组成,该材料是一种潜在的钙钛矿太阳能电池材料.     

PbO-PbI2复合物膜转化的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜及其光电特性

有机-无机卤化物钙钛矿是一类优异的光电材料. 在过去四年内, 基于有机-无机卤化物钙钛矿的光电器件实现了超过15%的光电转换效率. 而有机-无机卤化物钙钛矿材料的可控制备是保证其在光电器件中应用的基础. 本文采用新的沉积方法在玻璃衬底表面制备了一种典型的有机-无机卤化物钙钛矿CH₃NH₃PbI₃薄膜. 其制备过程是: 采用超声辅助的连续离子吸附与反应法在玻璃衬底表面沉积PbO-PbI₂复合物膜, 之后与CH3NH3I蒸汽在110 ℃环境下反应, 将PbO-PbI₂复合物膜转化成CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜. 对CH₃NH₃PbI₃薄膜的微观结构, 结晶性及其光电性能等进行了表征. 结果表明, CH₃NH₃PbI₃薄膜呈晶态, 具有典型的钙钛矿晶体结构. 薄膜表面形貌均匀, 晶粒尺寸超过400 nm. 在可见光范围, CH₃NH₃PbI₃薄膜透过率低于10%, 能带宽度为1.58eV. 电学性能研究表明CH₃NH₃PbI₃薄膜表面电阻率高达1000 MΩ. 高表面电阻率表明CH₃NH₃PbI₃薄膜具有一定的介电性能, 其介电常数(ε_r)在100 Hz时达到155. 本研究提出了一种制备高质量CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜的新方法, 所得CH₃NH₃PbI₃薄膜可望在光、电及光电器件中得到应用.     

非绝热分子动力学模拟A位阳离子对钙钛矿热载流子弛豫的影响

钙钛矿具有优异的光学和电学性质, 近年来成为太阳能电池领域的研究热点. 大量实验报道钙钛矿热载流子弛豫时间变化顺序为CsPbBr₃>MAPbBr₃(MA=CH₃NH₃)>FAPbBr₃[FA=HC(NH₂)₂], 但A位阳离子(Cs ⁺, MA ⁺, FA ⁺)对弛豫快慢的影响机制仍不明确. 采用基于含时密度泛函理论的非绝热动力学方法研究了上述3种钙钛矿热电子和热空穴的能量弛豫动力学, 计算得到的热载流子弛豫时间与实验结果吻合. 结果表明, A位阳离子通过静电和氢键作用影响其与无机Pb—Br骨架的电子-振动耦合, 使非绝热耦合强度遵从FAPbBr₃>MAPbBr₃>CsPbBr₃的变化趋势, 进而使热载流子弛豫时间尺度变化趋势与之相同, 表明合理选择A位阳离子可以优化钙钛矿太阳能电池的性能.     

通过"双离子键"固载于季鏻盐聚合物的[Rh(CO)I3]2–物种在多相乙醇羰基化中的应用

贵金属物种(Rh或Ir络合物)在均相羰基化和氢甲酰化催化过程得到了广泛的应用,但始终存在分离繁琐等问题,其均相多相化可很大程度上简化分离操作,故一直广受重视.单位点催化剂因其具有可与均相相比拟的较高金属利用率和选择性而成为均相多相化的重要研究方向之一.研究发现,在碘物种存在的情况下用于固载金属物种的配位键容易断裂,进而导致金属物种的流失,而通过离子键固载的[Rh(CO)₂I₂]^–物种更加稳定,比如著名的甲醇羰基化“Acetica^TM”工艺中,[Rh(CO)₂I₂]^–负一价阴离子物种是以离子键的方式固定在带有阳离子骨架的甲基化聚乙烯吡啶树脂上.与甲醇羰基化过程类似的乙醇羰基化过程是生产重要化工中间体丙酸的主要途径之一,但该过程的均相多相化始终存在着稳定性差这一关键问题.为了解决这一问题,基于之前将固载于季鏻盐聚合物的[Rh(CO)I₃]^2–应用于甲醇羰基化的工作,我们将类似的季鏻盐聚合物固载Rh基催化剂Rh-TPISP用于多相乙醇羰基化过程,通过多种表征进一步证明了Rh物种和P物种结构,并提出了“双离子键”模型.P的K边XANES证明了聚合物TPISP的季鏻化阳离子骨架特征.HAADF-STEM测试表明Rh-TPISP中的Rh呈现单位点分散的状态.Rh的XPS和XANES结果证明了Rh-TPISP中Rh物种的价态介于0~+1.通过EXAFS的拟合解析给出了[Rh(CO)I₃]^2–活性中心结构.由于[Rh(CO)₂I₂]^–为经典的羰基化活性中心,为了进一步证明该结构的正确性,我们将Rh-TPISP的EXAFS和IR谱图与标样[PPh3Et]⁺[Rh(CO)₂I₂]^–对比发现:在EXAFS谱图中,Rh-TPISP中的Rh-C峰高低于[PPh3Et]+[Rh(CO)₂I₂]^–的Rh-C峰高,而Rh-TPISP中的Rh-I峰高高于[PPh3Et]+[Rh(CO)₂I₂]^–的Rh-I峰高,这就说明Rh-TPISP中Rh物种的Rh-C配位数小于2,而Rh-I配位数大于2;在IR谱图中,标样[PPh3Et]+[Rh(CO)₂I₂]^–中有两个羰基振动峰,与该物种的两个Rh-C配位键相符,而Rh-TPISP中的只有一个羰基振动峰,说明Rh-C配位数为1.因此,Rh-TPISP催化剂的季鏻盐骨架中的每个P物种带有一个正电荷,每个带有两个负电荷的[Rh(CO)I₃]^2–通过与两个[P]⁺的静电作用进行固载,形成“双离子键”结构.该催化剂在固定床乙醇羰基化过程中表现出优异的羰基化活性、选择性和稳定性.在3.5 MPa、195 oC反应近1000 h后,Rh-TPISP催化剂TOF保持在约350 h–1,丙酰基选择性为95%以上,高出所有文献报道的均相和多相乙醇羰基化活性.其较高的活性主要是因为[Rh(CO)I₃]^2–比传统Rh活性相[Rh(CO)₂I₂]^–具有更强的富电子性,而较高的稳定性主要是由于“双离子键”这种强静电作用比“AceticaTM”工艺中“单离子键”更有利于Rh物种的固载.故Rh-TPISP催化剂中的“双离子键”对其优异的催化性能具有极其重要的作用,对后续多相乙醇羰基化的发展具有重要意义.     

钙钛矿基近红外光电探测器

近年来,具有ABX₃晶体结构的金属卤化物钙钛矿材料因其可调带隙、高吸收系数、长载流子传输距离等光电学特性而在光电探测领域表现出良好应用前景,尤其是基于纯Sn或者Sn/Pb混合阳离子制备的杂化钙钛矿在760～1050nm范围的近红外光电响应性能非常优异,展现出高灵敏度、低暗电流和高探测率等多方面优势。为进一步拓宽钙钛矿的近红外以及红外响应波长范围,研究人员探索了将有机材料、晶体硅/锗、Ⅲ-Ⅴ族化合物、Ⅳ-Ⅵ族化合物、上转换荧光材料等作为互补光吸收层与钙钛矿结合制备异质结来构筑出宽谱响应的近红外光电探测器。基于以上研究,本文总结了当前拓宽钙钛矿光电探测器的光谱范围的有效途径。同时,对钙钛矿材料的近红外光电探测器的未来发展前景作出了展望。     

手性钙钛矿纳米材料的构筑及光电性能

金属卤化物钙钛矿纳米材料因其丰富的化学结构和优异的光电性能,已成为一种极具应用前景的半导体材料。在钙钛矿无机框架中引入有机手性分子后,能够比较容易地得到手性钙钛矿纳米材料,从而可以极大地推动智能光电材料和自旋电子器件的快速发展。本文将综述手性钙钛矿纳米材料的构筑与手性产生机理的最新研究进展,包括一维手性钙钛矿纳米线、二维及准二维手性有机-无机杂化钙钛矿纳米片、三维手性钙钛矿纳米晶、超分子组装体系中诱导的手性钙钛矿纳米晶等。值得注意的是,不同种类的手性钙钛矿纳米材料在圆二色性、圆偏振发光、铁电性、自旋电子学等方面展现出优异的光电性能及巨大的应用前景。但是,有关手性钙钛矿纳米材料的研究目前还处于初级阶段,其中很多机理还存在争议,许多基础性和应用型的工作也有待开展。     

BiFeO3的中温水热合成和表征

BiFeO₃是典型的铁电材料(居里温度T_c=1110K),同时具有反铁磁性(尼尔温度T_n=650K).BiFeO₃为三方钙钛矿结构,它能与一些其它钙钛矿结构的化合物形成具有优良铁电性能的固溶体^[1～4].     

系列Sm3+配合物的合成、结构及光物理性能

采用水热方法合成了4种Sm³⁺配合物, 即{[SmZn(2,5-pdc)₂(tp)_0.5(H₂O)]·2H₂O}_n(1), [Sm₂Zn₂(C₆H₅COO)₁₀(Imh)₂(H₂O)₂](2), {[Sm₂(NO₂C₆H₄COO)₆(H₂O)₄]·H₂O}_n(3)和{[SmN(CH₂COO)₃(H₂O)₂]·H₂O}_n(4)[2,5-pdc=2,5-吡啶二羧酸根, tp=对苯二甲酸根, C₆H₅COO=苯甲酸根, Imh=咪唑, NO₂C₆H₄COO=对硝基苯甲酸根, N(CH₂COO)₃=氨三乙酸根]. 通过单晶X射线衍射确定了其晶体结构. 在室温下测定了其红外光谱、 紫外-可见-近红外光谱以及在近红外区和可见区的发射光谱. 结果表明, 4种配合物在近红外区或可见区均出现Sm³⁺离子的特征发射. 这是形成配合物后, Zn-配体部分和配体对Sm³⁺离子发光的敏化作用所致. 此外, 讨论了不同有机配体或d过渡金属离子对Sm³⁺离子发光的影响, 并分析了配合物中Sm³⁺离子的近红外发射带位移、 劈裂和加宽的原因.     

手性钙钛矿的结构维度与光电特性

近十年,有机无机杂化钙钛矿凭借其新颖优异的光电特性而引起广泛关注。最近,手性钙钛矿由于结合了钙钛矿材料和手性材料各自独特性能,在三维显示、光学信息处理、量子光学、生物探测、自旋电子等方面具有重要应用价值。根据有机、无机组分的空间分布,可以对手性钙钛矿的结构维度进行分类。本文以手性钙钛矿的不同结构维度为出发点,分别阐述了一维、二维和三维手性钙钛矿的晶体结构、光学和光电特性,包括圆二色性、圆偏振光致发光和光电探测等特性。考虑到二维手性钙钛矿具有独特的范德华层状晶体结构,重点介绍了其与其它二维材料组合成二维异质结构方面的工作。最后,分别从材料制备和器件应用的角度,总结了手性钙钛矿的重点挑战问题和未来发展方向。     

SCN掺杂提高CsPbI3胶体量子点的稳定性和光探测性能

无机卤化物钙钛矿CsPbI₃胶体量子点因其优越的光电性能在光伏和发光器件领域中表现出极大的发展前景。然而,CsPbI₃较差的稳定性阻碍了实际应用。为此,我们采用SCN?离子掺杂CsPbI₃(SCN-CsPbI₃)量子点用于提高量子点的光学性能和稳定性。研究表明,SCN?离子掺杂不仅减少了量子点缺陷、改善了光学性能,还提高了Pb-X键能、量子点结晶质量以及钙钛矿结构稳定性。结果表明,SCN-CsPbI₃量子点的荧光量子产率(PLQY)超过90%,远高于未掺杂原始样品(PLQY为68%)。高的荧光量子产率表明量子点具有较低的缺陷态密度,这归咎于缺陷的减少。空间限制电荷和时间分辨荧光光谱等研究也证实SCN?离子掺杂减少了量子点的缺陷。此外,SCN-CsPbI₃量子点展现出很好的抗水性能,其荧光强度在水中浸泡4 h后依然保持85%的初始值。而未掺杂原始样品的荧光性能很快消失,这是因为水诱导其相变。基于SCN-CsPbI₃量子点的光电探测器表现出宽波域响应(400–700 nm),高的响应率(90 mA·W^?1)和超过1011 Jones的探测度,远高于未掺杂原始量子点探测器的性能(响应率为60 mA·W^?1和探测度为1010 Jones)。     

金属卤化物钙钛矿光催化的研究进展

太阳能驱动光催化反应降解污染物、制备化学燃料或其他高附加值产品是绿色化学和可再生能源研究的重要方向.近年来,在传统的金属氧化物半导体材料之外,金属卤化物钙钛矿类化合物凭借其优异的光电特性也被逐步应用于高效光催化反应中.这篇文章综述了以铅卤钙钛矿为主的金属卤化物钙钛矿材料近年来在光催化领域的研究进展,总结了金属卤化物钙钛矿材料在光（电）催化产氢、CO₂还原反应和有机物高附加值转化反应中的应用与反应机制及其关键挑战,最后展望了高效稳定的金属卤化物钙钛矿光催化剂的发展方向和前景.     

二维钨-钒簇聚物[Cu(en)2]2·[VⅤO44{Cu(en)2(H2O)}2]·3H2O的合成与表征

采用水热法合成了一个钨-钒簇聚物[Cu(en)₂]₂[V^Ⅴ{Cu(en)₂(H₂O)}₂]·3H₂O(1, en=乙二胺), 并通过X射线单晶衍射、 元素分析、 傅里叶变换红外光谱、 X射线粉末衍射、 热重分析、 价键计算、 X射线光电子能谱、 电子顺磁共振和磁性分析对其结构和性能进行了表征. 结果表明, 化合物1是以双支撑的四帽Keggin结构 [(V^ⅤO₄){Cu(en)₂(H₂O)}₂]^4- 钨-钒簇合物阴离子为基本结构单元, 与4个[Cu(en)₂]²⁺配合物阳离子以共价键和弱键相连接形成二维层状结构, 相邻层又通过氢键连接成三维超分子网络. 研究了化合物1的磁性及光催化降解罗丹明B的活性.     

点手性调控的三股铕螺旋体的非对映选择性自组装及圆偏振发光

具有超分子手性的稀土螺旋体为合成高性能稀土圆偏振发光(CPL)材料提供了结构基础. 然而, 稀土Ln(III)离子较大的半径和不稳定的配位几何构型为合成高光学纯度的稀土螺旋体带来了困难和挑战. 本工作通过在双三齿配体端基引入点手性的方式成功构筑了一对儿对映体纯的手性双核三股铕螺旋体, [Eu₂(L^RR)₃](OTf)₆和[Eu₂(L^SS)₃](OTf)₆. 结合全面的光谱表征和半经验分子力学模型证实了配体端基的点手性成功诱导两个稀土Eu³⁺离子采取相同的Λ或Δ构型, 并形成具有单一M或P螺旋构象的螺旋体. 配合物的镜像圆二色(CD)和CPL光谱也进一步验证了一对儿光学纯对映体的形成. 手性光学性质研究显示螺旋体在乙腈中表现出适中的发光不对称因子(|g_lum|=0.083)和良好的发光量子产率(QY=19%). 该方法为制备性能优异的手性稀土CPL材料提供了一种可行性参考.     

Ru(bpy)2(NCS)2染料敏化CdS/Zn2+TiO2复合半导体纳米多孔膜的光电化学

采用水热法合成了Zn²⁺离子掺杂的TiO₂纳米粒子[Zn²⁺掺杂量0.5%(物质的量的比)],并用光电化学方法研究了经Ru(bpy)₂(NCS)₂(bpy=2,2′bipyridine₄,4′dicarboxylicacid)分别敏化的掺杂Zn²⁺的TiO₂电极(简写为Zn²⁺-TiO₂)和CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极的光电化学行为.实验证明Ru(bpy)₂(NCS)₂敏化CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极比单独敏化Zn²⁺-TiO₂电极的光电转换效率高,且敏化Zn²⁺TiO₂电极和敏化CdS/Zn²⁺TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极比Zn²⁺-TiO₂电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动.在360600nm范围内,Ru(bpy)₂(NCS)₂敏化CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极光电转换效率最好.     

基于2，5-二溴对苯二甲酸配体的锰/钴配合物的合成、晶体结构及性质

将有机物2,5-二溴对苯二甲酸(H₂L₁)作为主配体,2,2′-联吡啶(L₂)、1,10-菲咯啉(L₃)分别作为辅配体,通过溶剂热法与一水硫酸锰、六水合硝酸钴分别反应得到配合物[Mn₂(L₁)₂(L₂)₂(H₂O)₂]_n (1)和[Co₂(L₁)₂(L₃)₂(H₂O)₂]_n(2)。通过单晶X射线衍射法、荧光光谱、热重分析等测试手段对这2种配合物进行分析研究。结果表明配合物1是由Mn²⁺配位连接L₁^2-与L₂形成无限延伸的二维网络状结构,各层在分子间氢键和π-π堆积作用...     

一个嫁接有羧酸羟基乙基酯的二吡啶吩嗪Ru(II)配合物的合成、与DNA的相互作用以及溶剂变色性质的研究

合成并表征了一个新的Ru(II)配合物[Ru(bpy)₂(hedppc)](ClO₄)₂ {bpy＝2,2'-联吡啶, hedppc＝二联吡啶[3,2-a: 2',3'-c]吩嗪-11-羧酸(2-羟乙基)酯}. 通过紫外-可见吸收光谱、与溴化乙锭竞争实验、粘度测量和DNA裂解实验研究了配合物与小牛胸腺DNA的相互作用性质. 结果表明配合物以插入模式与DNA键合,键合常数K_b＝(6.99±1.34)×10⁶ mol^－1•L (s＝2.03±0.04)与母体配合物[Ru(bpy)₂ (dppz)]^2＋相近,但光致发光和溶剂变色等光学性质与[Ru(bpy)₂ (dppz)]^2＋有明显的差别.