[發(fā)明專利]一種含有鉍和鹵素的半導(dǎo)體材料及其制備與分析方法

有效

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• 申請日: 2016-06-12
• 公開（公告）號: CN106082329B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 米啟兮;汪瑤
• 申請（專利權(quán)）人: 上海科技大學(xué)
• 主分類號: C01G29/00
• 分類號: C01G29/00;G01N31/16
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 翁若瑩,王婧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料，涉及一類含有鉍和鹵素的半導(dǎo)體材料及其制備與分析方法，具體涉及化學(xué)式通式為Cs₃Bi₂Br_xI_9-x(其中x＝1-6.85)的新材料及其制備與分析方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前，隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日益突出，尋找到一種清潔能源替代傳統(tǒng)化石能源已迫在眉睫。氫能由于其熱值高、重量輕、無污染、可存儲(chǔ)運(yùn)輸?shù)戎T多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)氫是地球上最豐富的元素之一，氫能被認(rèn)為是最有希望替代傳統(tǒng)化石能源的清潔能源。傳統(tǒng)的氫能獲取方式主要是電解水制氫和礦物燃料制氫，電解水制氫會(huì)消耗大量的電能，礦物燃料制氫會(huì)產(chǎn)生CO₂造成二次污染，而光催化分解水制氫利用取之不盡、用之不竭的太陽能分解水產(chǎn)生氫氣，反應(yīng)條件溫和，操作簡單，無污染，具有巨大的開發(fā)前景。

利用太陽能分解水產(chǎn)生氫氣的關(guān)鍵在光催化劑的開發(fā)，而衡量光催化劑的好壞，通常看以下三點(diǎn)：帶隙能及帶邊位置滿足分解水的能量要求；能充分利用太陽能，對可見光響應(yīng)；性能穩(wěn)定，能抵抗光腐蝕(Abe，J.Photochem.Photobiol.C，2010，11，179-209)。因此，尋找到一種能帶結(jié)構(gòu)合適并且性能穩(wěn)定的光催化劑，對于光催化分解水制氫的推廣應(yīng)用意義重大。

目前，通式為A₃M₂X₉(A為堿金屬離子，M為Bi³⁺或Sb³⁺離子，X為鹵素離子)的系列化合物主要以研究其結(jié)構(gòu)與相變?yōu)橹?Chabot，Acta Cryst.B，1978，34，645-648；Yamada，J.Solid State Chem.，1997，134，319-325；Ivanov，Inorg.Mater.，2001，37，623-627)。在2015年，有報(bào)道(Lehner，Chem.Mater.，2015，27，7137-7148；Brandt，MRS Commun.，2015，5，265-275；Park，Adv.Mater.，2015，27，6806-6813)研究了Cs₃Sb₂I₉和Cs₃Bi₂I₉在太陽電池方面的應(yīng)用。然而，在已知的A₃M₂X₉類型化合物中，含Sb³⁺的材料對水不穩(wěn)定，Cs₃Bi₂Br₉為亮黃色只吸收可見光中的藍(lán)光，而Cs₃Bi₂I₉在室溫下由孤立的Bi₂I₉^3-離子組成，不具有類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。這些現(xiàn)有的材料都不是理想的光解水制氫的催化劑材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有材料存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一類不含Sb³⁺、且能吸收大部分可見光譜的類鈣鈦礦材料及其制備、分析方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種含有鉍和鹵素的半導(dǎo)體材料，其特征在于，其化學(xué)式為Cs₃Bi₂Br_xI_9-x，其中，x＝1-6.85。

進(jìn)一步地，所述的含有鉍和鹵素的半導(dǎo)體材料具有類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)，空間群為P-3m1。

本發(fā)明還提供了上述的含有鉍和鹵素的半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于，包括：將Cs₃Bi₂Br₉和Cs₃Bi₂I₉按照一定比例混合，加熱反應(yīng)得到Cs₃Bi₂Br_xI_9-x；或者，將含有Cs、Bi和I元素的反應(yīng)物與氫溴酸反應(yīng)，冷卻結(jié)晶，得到Cs₃Bi₂Br_xI_9-x。

優(yōu)選地，所述的含有Cs、Bi和I元素的反應(yīng)物為CsBr和BiI₃。

優(yōu)選地，所述的含有Cs、Bi和I元素的反應(yīng)物為CsI和Bi₂O₃。