一种铋基杂化半导体材料及其光电探测应用 |
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| 申请号 | CN202310939460.X | 申请日 | 2023-07-28 | 公开(公告)号 | CN116924971A | 公开(公告)日 | 2023-10-24 |
| 申请人 | 济南大学; | 发明人 | 唐雪娜; 刘广宁; 王婷婕; 高城城; 李村成; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种零维铋基有机‑无机杂化 半导体 的制备方法及其应用。所述的杂化半导体分子式为(子BHi，IG26，a+式中的为质子化的胍离子mp)((GH)2amp)2+是双质子化的，该材料中的4(‑Bi( 氨 基甲基I6)–阴离子是由三价)吡啶阳离铋离子和碘离子配位形成的零维阴离子。通过选择 氧 化铋、4‑(氨基甲基)吡啶、 碳 酸胍、 氢碘酸 为反应原料，采用溶液法获得化合物(H2amp)(G)BiI6的单晶，可以用于光电探测领域。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种有机‑无机铋碘杂化半导体材料，其特征在于材料的分子式为(H2amp)(G)BiI6， |
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| 说明书全文 | 一种铋基杂化半导体材料及其光电探测应用技术领域[0001] 本发明涉及光电半导体材料领域，尤其涉及一种铋基杂化材料(H2amp)(G)BiI6及2+ + 其光电探测应用，其中(H2amp) 为双质子化的4‑(氨基甲基)吡啶阳离子，G为质子化的胍离子。 背景技术[0002] 有机‑无机杂化半导体材料由于其低阱密度、高光吸收和高载流子迁移率等光电特性而受到了人们的持续关注。这些独特的特性使它们可用于制作极具前景的高性能光电器件，被广泛应用于光电探测器中。 [0003] 光电探测器的原理是辐射引起探测材料的电导率发生明显改变。光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量、探测、工业自动控制和光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像和红外遥感等方面。但是这类材料目前仍存在材料制备复杂且能耗高、探测灵敏度不够高等不足，因此开发新的光电探测材料具有重要的社会意义和经济意义。 [0004] 铅基半导体材料尽管具有优异的光电性能，但铅的毒性已成为限制其广泛应用的绊脚石。在这种情况下，低毒的铋基钙钛矿材料，凭借与铅相似的电子构型和紧密的电负性，有望表现出与铅基材料相媲美的半导体行为，为无铅光电器件的研究开辟广阔的道路。因此，研究铋基杂化钙钛矿的光电探测应用具有重要意义。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种可用于光电探测的铋基有机‑无机杂化半导体材料；该材料选取无毒金属铋，克服铅基杂化材料铅毒性的问题；选取质子化的胍为有机阳离子，该材料具有合成方法简单，低成本，无毒害，半导体性能良好的特点。 [0006] 本发明的技术方案包括以下内容： [0007] 1. 一种有机‑无机铋碘杂化半导体(H2amp)(G)BiI6，式中的(H2amp)2+为双质子化+的4‑(氨基甲基)吡啶阳离子，G 为质子化的胍阳离子。该化合物结晶于单斜晶系，C2/m空间群，单胞参数为单胞参数为a=17.03(11) Å，b=8.84(5) Å，c=17.06(15) Å，α=90º，β=108.15(9)º，γ=90º。晶体颜色为红色，表现为离子型有机‑无机杂化类型的结构特点。具体结构特征为阳离子为带一个单位正电荷的质子化4‑(氨基甲基)吡啶阳离子和带一个单位正电荷 3– 的胍离子，而阴离子则是由五价铋离子和碘离子配位构成的零维(BiI6) 阴离子，整个结构为电中性。 [0008] 2. 如项1所述的有机‑无机铋碘杂化半导体的制备方法，将0.5 g 氧化铋、0.13 mL 4‑(氨基甲基)吡啶、0.5 g 碳酸胍和2 mL HI加到烧杯中，磁力加热搅拌溶解，随后降至室温可得红色晶态产物，即为(H2amp)(G)BiI6。 [0009] 3. 如项1所述的铋碘杂化半导体的用途，其特征在于：该化合物具有优良的半导体性能，用于光电探测器件制作。 [0010] 本发明的有益效果为产物的合成条件简单、易控且无污染，实现了质子化胍和质3– 子化4‑(氨基甲基)吡啶两个阳离子与无机(BiI6) 阴离子在分子水平上的结合，具有显著的光电探测响应。 附图说明 [0011] [0012] 图1为有机‑无机铋碘杂化半导体(H2amp)(G)BiI6的分子结构图，忽略氢原子。 [0013] 图2为有机‑无机铋碘杂化半导体(H2amp)(G)BiI6分子中零维阴离子骨架结构图。 [0014] 图3为有机‑无机铋碘杂化半导体(H2amp)(G)BiI6分子的空间堆积图。 [0015] 图4为有机‑无机铋碘杂化半导体(Hamp)(G)BiI6合成的粉末衍射谱图，均与粉末模拟衍射结果完全吻合。 [0016] 图5为有机‑无机铋碘杂化半导体(H2amp)(G)BiI6的红外光谱图。 [0017] 图6为有机‑无机铋碘杂化半导体(H2amp)(G)BiI6 的固体紫外吸收光谱。 [0019] 图8为有机‑无机铋碘杂化半导体(H2amp)(G)BiI6 的电流‑时间曲线。 具体实施方式[0020] [0021] （1）化合物(H2amp)(G)BiI6的合成。 [0022] 将0.5 g 氧化铋、0.13 mL 4‑(氨基甲基)吡啶、0.5g 碳酸胍和2 mL HI放入烧杯中，磁力加热搅拌溶解，溶解后降至室温得到红色条状晶体，即为化合物(H2amp)(G)BiI6。在上述的反应条件下得到的晶体的纯度、产率较高。 [0023] （2）光电探测器件制作。 |
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