纯有机钙钛矿材料及其制备方法

本申请属于钙钛矿材料，尤其涉及一种纯有机钙钛矿材料及其制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿材料是一类有着与钛酸钙(catio3)相似晶体结构的材料，是gustav rose在1839年发现，后来由俄罗斯矿物学家l.a.perovski命名。钙钛矿材料结构式一般为abx3，其中a是二价阳离子，b是一价阳离子，而x是一价阴离子。

2、早在2002年，美国化学会志就率先报道了无金属、纯有机钙钛矿材料的合成和晶体结构特性。然而直到2018年，这种新型的纯有机钙钛矿材料才开始拥有具体的应用领域，并被用作铁电材料。之后，该类材料的应用逐渐扩展到介电、x射线成像和热电领域。虽然这类材料的应用领域不断扩大，但到目前为止，该类材料的能带间隙仍然很大，因此往往不具有在近紫外、可见光至红外波段的光响应，因而在新能源方面，尤其是太阳能电池方向的应用很难具有可行性。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种纯有机钙钛矿材料及其制备方法，旨在解决如何使纯有机钙钛矿材料具有可见光响应的技术问题。

2、为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

3、第一方面，本申请提供一种纯有机钙钛矿材料，其化学结构通式为abx3；其中，

4、a为含有双键和/或芳香环的共轭结构二价有机阳离子，

5、b为nh4+，

6、x为一价的卤素离子和/或类卤素离子。

7、本申请提供一种新的纯有机钙钛矿材料，化学结构通式为abx3，其在现有钙钛矿材料的分子设计基础上，在a引入含双键和/或芳香环的共轭结构二价有机阳离子，通过该共轭度较高的二价有机阳离子代替此前有机阳离子，并使用nh4+代替传统金属基(例如铅、锡基)钙钛矿材料中的金属离子，使得本申请的纯有机钙钛矿材料的带隙大幅降低，光吸收可以延伸至可见光区域，从而形成能带间隙低的、在可见光区域有光响应的纯有机钙钛矿材料；因此，这样的新型纯有机钙钛矿可以在光电领域具有很好的应用。

8、第二方面，本申请提供一种上述纯有机钙钛矿材料的制备方法，包括以下步骤：

9、将未质子化的a与bx加入到酸溶液中，进行加热反应，得到如abx3所示的纯有机钙钛矿材料。

10、本申请提供的一种纯有机钙钛矿材料的制备方法，其将原料即未质子化的a与bx加入到酸溶液中进行反应，从而生成abx3所示的纯有机钙钛矿材料，因该制备方法可以从原料中引入a即含双键和/或芳香环的共轭结构二价有机阳离子，因此可以制成能带间隙低、在可见光区域有光响应的纯有机钙钛矿材料。该制备方法工艺简单，可工业化生产，为这类新型纯有机钙钛矿的光电应用提供了可能。

技术特征：

1.一种纯有机钙钛矿材料，其化学结构通式为abx3，其特征在于，

2.如权利要求1所述的纯有机钙钛矿材料，其特征在于，a与x的选择使所述纯有机钙钛矿材料的容忍因子为0.8～1.05。

3.如权利要求1所述的纯有机钙钛矿材料，其特征在于，a为含有双键的共轭结构二价有机阳离子，所述含有双键的共轭结构二价有机阳离子选自如下式1～式5中的至少一种；

4.如权利要求3所述的纯有机钙钛矿材料，其特征在于，a为质子化的5,6-二甲基-2,3-二氢吡嗪。

5.如权利要求1所述的有机钙钛矿材料，其特征在于，a为含有芳香环的共轭结构二价有机阳离子，所述含有芳香环的共轭结构二价有机阳离子选自如下式6～式13中的至少一种；

6.如权利要求5所述的有机钙钛矿材料，其特征在于，a为质子化的吡嗪或质子化的1,2,3,4-四氢喹喔啉。

7.如权利要求1-6任一项所述的有机钙钛矿材料，其特征在于，x为卤素阴离子，所述卤素阴离子选自cl-、br-和i-中的至少一种；或者，

8.如权利要求1-6任一项所述的有机钙钛矿材料，其特征在于，所述有机钙钛矿材料具有可见光波段光响应。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的纯有机钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求9所述的纯有机钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述加热反应的温度为100～160℃；和/或，所述酸溶液为磷酸溶液。

技术总结
本申请涉及钙钛矿材料技术领域，尤其涉及一种纯有机钙钛矿材料及其制备方法。该纯有机钙钛矿材料的化学结构通式为ABX<subgt;3</subgt;；其中，A为含有双键和/或芳香环的共轭结构二价有机阳离子，B为NH<subgt;4</subgt;<supgt;+</supgt;，X为一价的卤素阴离子和/或类卤素阴离子。本申请的纯有机钙钛矿材料，通过该A的共轭度较高的二价有机阳离子代替此前有机阳离子，并使用NH<subgt;4</subgt;<supgt;+</supgt;代替传统金属基钙钛矿材料中的金属离子，使得本申请的纯有机钙钛矿材料的带隙大幅降低，光吸收可以延伸至可见光区域，从而形成能带间隙低的、在可见光区域有光响应的纯有机钙钛矿材料。

技术研发人员：徐保民,张罗正
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13