[發明專利]一種高質量二維層狀碘化鉛鈣鈦礦單晶材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910143791.6
• 申請日: 2019-02-27
• 公開（公告）號: CN109853031A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 陳殷;江靜
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C30B7/06
• 分類號: C30B7/06;C30B29/54;C30B29/64
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種二維層狀碘化鉛鈣鈦礦單晶材料及其制備應用。該二維層狀碘化鉛鈣鈦礦材料具有天然量子阱結構，具有有機材料的介電性和無機材料的導電性，通過調整材料的組分，可以實現多量子阱的寬度及能級的可控調整。通過本方法制備的二維層狀碘化鉛鈣鈦礦單晶材料具有高質量、大尺寸、高相純度的特點，同時制備操作簡單、成本低廉、可以實現大批次的生產，在太陽能電池、發光二極管、光子晶體及光電探測器等領域有著重要的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種高質量二維層狀碘化鉛鈣鈦礦單晶材料及其制備方法，該材料可作為光子晶體材料、發光二極管材料、場效應晶體管材料、太陽能電池材料。

背景技術

目前，碘化鉛鈣鈦礦材料作為一種新興半導體材料，其結合了有機材料和無機材料的所有優勢特點，有機材料的介電性和無機材料的導電性使其構成了天然量子阱結構。由于二維層狀的鈣鈦礦材料具有天然多量子阱結構，使其在場效應晶體管(Science,1999,286(5441):945-947.)、發光二極管(Nature Photonics,2017,11(2):108-115.)、光電探測器(Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,12150–12154.)、太陽能電池(Nature 2016,536(7616):312-316)中有著重要的應用。2014年起，二維鈣鈦礦材料引起了眾多研究者的極大興趣，但目前大部分研究都基于二維碘化鉛鈣鈦礦薄膜材料，多晶薄膜材料本身不可避免的存在晶界缺陷，存在大量的缺陷密度，導致二維碘化鉛鈣鈦礦材料的應用受限。大尺寸二維碘化鉛鈣鈦礦單晶材料具有低陷阱密度，能夠提供二維碘化鉛鈣鈦礦材料的各種本征物理性質，為其材料在應用中提供理論指導，同時這類晶體材料作為一類全新的光電功能材料可以在多個領域中有重要的應用。

發明內容

本發明申請披露了一種大尺寸、高質量、相純的二維碘化鉛鈣鈦礦單晶材料的培養制備方法(圖1)。

本發明申請披露的二維碘化鉛鈣鈦礦單晶材料結構通式為：(RNH₃)A_n-1Pd_nI_3n+1。

物理測試表征顯示這一單晶材料具有極高的相純度，表相及體相完全一致，是目前發現的首例此類材料。

本發明申請披露的二維碘化鉛鈣鈦礦單晶材料的制備，具體方法包括：RNH₃⁺、A的制備與選取，通過溶劑揮發法，使用不同的投料比來培養碘化鉛層數(n)不同的大尺寸、高質量的單晶材料。

進一步，通過改變投料的比例以摩爾比RNH₃X:A:PdI₂＝1-3：n-1：n培養無機層n＝2,3,4,5…n的單晶材料。

進一步，所述的高質量的二維碘化鉛鈣鈦礦單晶的培養方法中，所述RNH₃⁺為5-20個碳原子的脂肪族烴基，可以為以下結構及同系物中的一種或者幾種：

進一步，所述A可以為CH₃NH₃⁺、H₂N-C＝NH₂⁺、Cs⁺、k⁺、Rb⁺等一價陽離子中的一種或者上述的幾種的結合。

進一步，采用的溶劑揮發法中的溶劑，所用的溶劑有丙酮、硝基甲烷、乙腈、四氫呋喃中的一種、兩種、或者三種，采用單一溶劑、二元溶劑或者三元溶劑。

進一步，采用的溶劑揮發法中濃度為PdI₂(0.06g,0.13mmol)溶劑總量在60ml-240ml之間，溫度范圍為：10℃-50℃，單晶質量最佳