[發明專利]一種三維類鈣鈦礦半導體晶體及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 202210657388.7
• 申請日: 2022-06-10
• 公開（公告）號: CN114989100A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 羅軍華;李銳清
• 申請（專利權）人: 閩都創新實驗室
• 主分類號: C07D241/12
• 分類號: C07D241/12;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 福州市眾韜專利代理事務所(普通合伙) 35220
• 代理人: 方金芝

本發明涉及一種三維有機?無機雜化鈣鈦礦半導體晶體及其制備方法和用途。一種三維有機?無機雜化鈣鈦礦半導體晶體，所述的三維有機?無機雜化鈣鈦礦半導體晶體的化學式為C₆H₁₀N₂Pb₂Br₆，室溫下屬于正交晶系，空間群為Pbam，晶胞參數為α＝β＝γ＝90.0°，Z＝2，本發明的三維有機?無機雜化鈣鈦礦半導體晶體濕度環境下穩定性較好、吸光范圍較寬、半導體特征良好、光電穩定，而且本發明方法合成簡單、成本低廉。

技術領域

本發明屬于功能材料領域，具體涉及一種三維類鈣鈦礦半導體晶體(二甲基吡嗪鉛溴)及其制備方法和用途。

背景技術

有機無機雜化鈣鈦礦兼具有機陽離子的可調控和無機骨架的良好光電傳導性，光吸收系數高，載流子壽命長，轉換效率高，是一種有著良好應用前景的半導體材料。特別是鉛碘甲胺，具有吸光強和載流子傳輸距離長的優點，在光電領域有著良好的應用，如光學通信，光收集，夜視。在鉛碘甲胺的不同形態中，單晶由于表面晶界少，缺陷密度低而引起人們的廣泛研究熱潮。然而，三維材料的穩定性差限制了其進一步的發展應用。過去人們提升三維材料的穩定性主要通過降低維度，離子摻雜，結構修飾，表面鈍化等，盡管在獲得了較好的結果，但降低維度會使晶體結構對稱性降低和半導體性能減弱，同時器件制備工藝復雜。因此，探索可低溫溶液法制備的、具有良好的光電穩定性的三維高質量單晶具有重要意義。

與傳統三維材料相比，類鈣鈦礦材料采用新型無機骨架排列方式，八面體之間空隙變大從而可以容納不同的有機胺，結構可設計性強，既保留了良好光電特性，又能增強結構的穩定性。打破了傳統三維鈣鈦礦容忍因子的限制。因此，三維類鈣鈦礦有望基于功能化有機胺設計，實現穩定性提升，并且，通過高質量體塊單晶的生長，也能實現高穩定性光電探測。從某種意義上來講，三維有機無機雜化類鈣鈦礦是一類極具發展潛力的功能材料，為高質量體塊單晶的生長以及穩定性光電技術的創新提供了良好的機遇。

利用類鈣鈦礦三維無機骨架的良好傳輸能力，可以制造出各種高性能的光電探測材料；同時，根據有機陽離子的結構可設計性，可以利用疏水的烷基保護親水的胺基，避免有機組分受水的侵蝕，表現出高度的疏水性，并且用于疏水的高穩定光電探測。因此，三維有機無機雜化類鈣鈦礦在光電探測、光通信、太陽能電池等領域有著巨大的應用前景。近年來，已通過多種途徑成功獲得高質量的雜化鈣鈦礦體塊單晶，制備方法可分為逆溫度結晶法、反溶劑結晶法、蒸發法和籽晶提拉法。類鈣鈦礦擴張的無機骨架和疏水的有機陽離子同時為高穩定性做出貢獻，該材料中，成核和溶解需要克服一定的能量障礙，高質量大單晶的生長受到了很大的限制。因此，合成并制備高質量體塊單晶、高穩定性的光電探測類鈣鈦礦材料具有重要的實用價值。

發明內容

本發明提供一種三維有機-無機雜化鈣鈦礦半導體晶體及其制備方法和用途，本發明的三維有機-無機雜化鈣鈦礦半導體晶體濕度環境下穩定性較好、吸光范圍較寬、半導體特征良好、光電穩定，而且本發明方法合成簡單、成本低廉。

方案一)

一種三維有機-無機雜化鈣鈦礦半導體晶體，所述的三維有機-無機雜化鈣鈦礦半導體晶體的化學式為C₆H₁₀N₂Pb₂Br₆，室溫下屬于正交晶系，空間群為Pbam，晶胞參數為α＝β＝γ＝90.0°，Z＝2，結構簡式如下：

方案二)

所述的三維有機-無機雜化鈣鈦礦半導體晶體的制備方法，包括如下步驟：

室溫下，將吡嗪和三水合醋酸鉛加入燒杯中，然后加入氫溴酸水溶液，在室溫充分攪拌至溶解后，加入甲醇，攪拌均勻后倒入水熱釜，并在79-81℃中恒溫23-25小時，然后冷卻至室溫，即得所述的三維有機-無機雜化鈣鈦礦半導體晶體；

吡嗪和三水合醋酸鉛的摩爾比為1:1.9-2.1；