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CuBr_2基有机—无机层状类钙钛矿杂合物材料的合成与表征

吴娴  
【摘要】: 有机-无机层状类钙钛矿结构杂合物使在分子水平上兼具有机、无机组元的性能优势成为可能。但目前所得的杂合物在性能上还不能满足器件使用要求。增加钙钛矿层数可以提高杂合物的电子学性能,但其结构的形成及控制困难。因此,本文对含单及双钙钛矿层的杂合物合成进行研究,探索其结构形成规律。 本文选择(C4H9NH3)2(CH3NH3)n-1CunBr3n+1(n=1,2)体系为研究对象,拟得到单钙钛矿层和双钙钛矿层的溴化铜基杂合物。采用传统溶液法和低温固相法,系统地对合成工艺进行了探索。 溶液法合成单层杂合物时,溶剂种类不影响产物结构。当合成理论双层杂合物时,不同溶剂下产物结构也相同(但在HBr为溶剂时产物含有单层结构相);原料配比和反应温度的改变不会改变产物XRD的峰位,但会影响产物结晶性。最佳工艺条件为:乙醇为溶剂,原料配比为2:2.5:2,在60℃反应。固相法也可成功合成单层杂合物。当合成理论双层杂合物时,原料配比的改变会影响合成的反应程度;反应温度和反应时间不改变产物XRD峰位,但影响产物结晶性。最佳工艺条件为:原料配比为2:2.5:2时,在80℃的温度下保温3天。 用常温下的X射线衍射谱、元素分析、扫描电镜、红外光谱、热分析及光谱分析对产物的常温结构、组分及性质进行了表征。实验结果表明,含单钙钛矿层的产物结构与预期的结构一致,具有典型的层状结构;但预期的含双钙钛矿层的产物未能获得,尽管其晶体结构仍具较明显的取向性。对其结构及性能表征的数据分析表明,所获得的产物很可能是甲胺盐和丁基胺盐两种胺盐阳离子同时进入无机层间的单钙钛矿层的结构。元素分析的结果与推测结构的化学式(C4H9NH3) (CH3NH3)CuBr4元素百分比较为吻合。红外谱中的-CH2-相关振动吸收峰明显减弱,表明丁基胺含量的减低,支持对以上结构的推测。热分析结果表明,新结构产物分解温度低于单层产物,与甲胺盐阳离子存在时有机元间作用力弱而导致分解温度下降的理论趋势一致。光谱分析结果表明,两者的吸收峰位置变化不大,二者的荧光光谱峰位也基本一致,分别为458nm和457nm,表明所得两种产物无机层结构的一致性,说明所获得产物的钙钛矿层是单层。


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