stringtranslate.com

Галогенид метиламмония свинца

Кристаллическая структура [CH 3 NH 3 ]PbX 3. [1]

Галогениды метиламмония свинца (MALH) представляют собой твердые соединения со структурой перовскита и химической формулой [CH 3 NH 3 ] + Pb 2+ (X − ) 3 , где X = Cl , Br или I . Они имеют потенциальное применение в солнечных батареях , [2] лазерах , светодиодах , фотодетекторах , детекторах излучения , [3] [4] сцинтилляторах , [5] магнитооптических хранилищах данных [6] и производстве водорода . [7]


Свойства и синтез

Первыми синтезированными MALH были производные метиламмония [CH 3 NH 3 ]SnX 3 и [CH 3 NH 3 ]PbX 3 . Их потенциал в области преобразования энергии был реализован лишь спустя десятилетия. [8] В кубической кристаллической структуре [CH 3 NH 3 ]PbX 3 катион метиламмония ( [CH 3 NH 3 ] + ) окружен октаэдрами PbX 6. Ионы X не фиксированы и могут мигрировать через кристалл с энергией активации 0,6 эВ; миграция осуществляется с помощью вакансий. [1] Катионы метиламмония могут вращаться внутри своих клеток. При комнатной температуре ионы имеют ось CN, выровненную по направлению к направлениям граней элементарных ячеек, и молекулы случайным образом меняют направление на другое из шести направлений граней в масштабе времени 3 пс. [9]

Рост монокристалла [CH 3 NH 3 ]PbI 3 в гамма-бутиролактоне при 110 °C. Желтый цвет обусловлен предшественником иодида свинца (II) . [7]
Выращивание монокристалла [CH 3 NH 3 ]PbBr 3 в диметилформамиде при 80 °C. [7]

Растворимость MALH сильно уменьшается с ростом температуры: от 0,8 г/мл при 20 °C до 0,3 г/мл при 80 °C для [CH 3 NH 3 ]PbBr 3 в диметилформамиде. Это свойство используется при выращивании монокристаллов и пленок MALH из раствора, используя в качестве прекурсора смесь порошков [CH 3 NH 3 ]X и PbX 2 . Скорости роста составляют 3–20 мм 3 /час для [CH 3 NH 3 ]PbI 3 и достигают 38 мм 3 /час для кристаллов [CH 3 NH 3 ]PbBr 3 . [7]

Полученные кристаллы метастабильны и растворяются в ростовом растворе при охлаждении до комнатной температуры. Они имеют ширину запрещенной зоны 2,18 эВ для [CH 3 NH 3 ]PbBr 3 и 1,51 эВ для [CH 3 NH 3 ]PbI 3 , в то время как их соответствующие подвижности носителей составляют 24 и 67 см 2 /(В·с). [7] Их теплопроводность исключительно низкая, ~0,5 Вт/(К·м) при комнатной температуре для [CH 3 NH 3 ]PbI 3 . [10]


Термическое разложение [CH 3 NH 3 ]PbI 3 дает метилиодид ( CH 3 I ) и аммиак ( NH 3 ). [11] [12]

[ CH3NH3 ] PbI3 → PbI2 + CH3I + NH3​​

Приложения

MALH имеют потенциальные применения в солнечных элементах , лазерах , [13] светодиодах , фотодетекторах , детекторах излучения, [4] сцинтилляторах [5] и производстве водорода. [7] Эффективность преобразования энергии солнечных элементов MALH превышает 19%. [14] [15]

Исторические справки

Смотрите также

Ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Галогениды метиламмония и свинца .
  1. ^ ab Eames, Christopher; Frost, Jarvist M.; Barnes, Piers RF; o'Regan, Brian C.; Walsh, Aron; Islam, M. Saiful (2015). "Ионный транспорт в гибридных перовскитных солнечных элементах на основе иодида свинца". Nature Communications . 6 : 7497. Bibcode :2015NatCo...6.7497E. doi :10.1038/ncomms8497. PMC 4491179 . PMID  26105623. 
  2. ^ Кодзима, Акихиро; Тешима, Кенджиро; Шираи, Ясуо; Миясака, Цутому (6 мая 2009 г.). «Металлогалогенидные перовскиты как сенсибилизаторы видимого света для фотоэлектрических элементов». Журнал Американского химического общества . 131 (17): 6050–6051. дои : 10.1021/ja809598r. ISSN  0002-7863. ПМИД  19366264.
  3. ^ Нафради, Балинт (16 октября 2015 г.). «Иодид свинца метиламмония для эффективного преобразования энергии рентгеновского излучения». J. Phys. Chem. C. 2015 ( 119): 25204–25208. doi :10.1021/acs.jpcc.5b07876.
  4. ^ ab Якунин, С.; Дирин, Д.; Шинкаренко, Ю.; Морад, В.; Чернюх, И.; Назаренко, О.; Крейл, Д.; Наузер, Т.; Коваленко, М. (2016). «Обнаружение гамма-фотонов с использованием выращенных в растворе монокристаллов гибридных перовскитов галогенидов свинца». Nature Photonics . 10 (9): 585–589. Bibcode :2016NaPho..10..585Y. doi :10.1038/nphoton.2016.139. hdl : 20.500.11850/118934 . S2CID  123312325.
  5. ^ ab Birowosuto, MD (16 ноября 2016 г.). "Рентгеновская сцинтилляция в кристаллах перовскита галогенида свинца". Sci. Rep . 6 : 37254. arXiv : 1611.05862 . Bibcode : 2016NatSR...637254B. doi : 10.1038/srep37254. PMC 5111063. PMID  27849019 . 
  6. ^ Нафради, Балинт (24 ноября 2016 г.). «Оптически переключаемый магнетизм в фотоэлектрическом перовските CH3NH3(Mn:Pb)I3». Nature Communications . 7 : 13406. arXiv : 1611.08205 . Bibcode :2016NatCo...713406N. doi :10.1038/ncomms13406. PMC 5123013 . PMID  27882917. 
  7. ^ abcdef Саидаминов, Махсуд И.; Абдельхади, Ахмед Л.; Мурали, Банавот; Алароусу, Эркки; Бурлаков, Виктор М.; Пэн, Вэй; Дурсун, Ибрагим; Ван, Линфэй; Хэ, Яо; МакУлан, Джакомо; Горили, Ален; Ву, Том; Мохаммед, Омар Ф.; Бакр, Осман М. (2015). "Высококачественные объемные гибридные перовскитные монокристаллы в течение нескольких минут с помощью кристаллизации при обратной температуре". Nature Communications . 6 : 7586. Bibcode :2015NatCo...6.7586S. doi :10.1038/ncomms8586. PMC 4544059 . PMID  26145157. 
  8. ^ Читам, Энтони К.; Сешадри, Рам; Вудл, Фред (2022-06-30). «Химический синтез и открытие материалов». Nature Synthesis . 1 (7): 514–520. arXiv : 2207.07052 . Bibcode : 2022NatSy...1..514C. doi : 10.1038/s44160-022-00096-3. ISSN  2731-0582. S2CID  250199748.
  9. ^ Бакулин, AA; Селиг, O.; Баккер, HJ; Резус, YLA; Мюллер, C.; Глейзер, T.; Ловринчич, R.; Сан, Z.; Чен, Z.; Уолш, A.; Фрост, JM; Янсен, TLC (2015). "Наблюдение в реальном времени за переориентацией органических катионов в перовскитах на основе метиламмония иодида свинца" (PDF) . J. Phys. Chem. Lett . 6 (18): 3663–3669. doi :10.1021/acs.jpclett.5b01555. hdl : 10044/1/48952 . PMID  26722739.
  10. ^ Пизони, Андреа; Ячимович, Ячим; Баришич, Осор С.; Спина, Массимо; Гааль, Ричард; Форро, Ласло; Хорват, Эндре (2014). «Сверхнизкая теплопроводность в органо-неорганическом гибридном перовските CH3NH3PbI3 » . The Journal of Physical Chemistry Letters . 5 (14): 2488–2492. arXiv : 1407.4931 . doi : 10.1021/jz5012109. PMID  26277821. S2CID  33371327 .
  11. ^ Хуарес-Перес, Эмилио Х.; Хаваш, Зафер; Рага, Соня Р.; Оно, Луис К.; Ци, Ябинг (2016). «Термическая деградация перовскита CH3NH3PbI3 в газы NH3 и CH3I, наблюдаемая с помощью анализа сопряженной термогравиметрии и масс-спектрометрии». Energy Environ. Sci . 9 (11): 3406–3410. doi : 10.1039/C6EE02016J . ISSN  1754-5692.
  12. ^ Уильямс, Элис Э.; Холлиман, Питер Дж.; Карни, Мэтью Дж.; Дэвис, Мэтью Л.; Уорсли, Дэвид А.; Уотсон, Тристан М. (2014). «Обработка перовскита для фотоэлектрических систем: спектротермическая оценка». J. Mater. Chem. A. 2 ( 45): 19338–19346. doi :10.1039/C4TA04725G. ISSN  2050-7488.
  13. ^ Deschler, Felix; Price, Michael; Pathak, Sandeep; Klintberg, Lina E.; Jarausch, David-Dominik; Higler, Ruben; Hüttner, Sven; Leijtens, Tomas; Stranks, Samuel D.; Snaith, Henry J.; Atatüre, Mete; Phillips, Richard T.; Friend, Richard H. (2 апреля 2014 г.). "Высокая эффективность фотолюминесценции и оптически накачиваемая генерация в обработанных раствором смешанных галогенидных перовскитных полупроводниках". The Journal of Physical Chemistry Letters . 5 (8): 1421–1426. doi : 10.1021/jz5005285 . PMID  26269988.
  14. ^ Чжоу, Х.; Чэнь, Ц.; Ли, Г.; Луо, С.; Сонг, Т.-б.; Дуань, Х.-С.; Хонг, З.; Ю, Дж.; Лю, И.; Ян, И. (2014). «Инженерия интерфейсов высокоэффективных перовскитных солнечных элементов». Science . 345 (6196): 542–6. Bibcode :2014Sci...345..542Z. doi :10.1126/science.1254050. PMID  25082698. S2CID  32378923.
  15. ^ Хео, Джин Хёк; Сон, Дэ Хо; Хан, Хе Джи; Ким, Сон Ён; Ким, Джун Хо; Ким, Дасом; Шин, Хи Вон; Ан, Тэ Кю; Вольф, Кристоф; Ли, Тэ-У; Им, Сан Хёк (2015). «Планарные CH 3 NH 3 PbI 3 перовскитные солнечные элементы с постоянной средней эффективностью преобразования мощности 17,2% независимо от скорости сканирования». Advanced Materials . 27 (22): 3424–30. Bibcode :2015AdM....27.3424H. doi :10.1002/adma.201500048. PMID  25914242. S2CID  3165151.