一种二维单层DJ型铅溴杂化钙钛矿及制备方法和应用

一种二维单层dj型铅溴杂化钙钛矿及制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种二维单层dj型铅溴杂化钙钛矿及制备方法和应用。


背景技术：

2.偏振探测技术作为新型探测技术和重要的探测手段，在军事，民用和医学领域有着广阔的应用前景。偏振探测技术对所用偏振探测材料的要求很高，不但需要具有优异的吸光能力，同时还需要材料具有不对称的形态或者不对称的晶体结构。二维有机-无机杂化钙钛矿作为一类新兴的低维半导体材料，因其独特的结构各向异性和化学多样性，是用于偏振探测的优良候选材料。在考虑到实际应用，高的探测性能和优异的稳定性使我们同时需要追求的两个重要指标。在二维杂化钙钛矿体系中，由于dj型钙钛矿相较于rp型钙钛矿具有优异的载流子传输性能和较高的稳定性而备受人们关注。所以，开发高质量、高稳定性的dj杂化钙钛矿为此类材料用于偏振光的探测提供了可能性。
3.针对此前材料(链状胺构筑的杂化钙钛矿)的稳定性差(对湿度、对光、对热)的问题，以及二维杂化钙钛矿材料偏振探测效率低的问题，本发明提供了一种环状胺构筑的二维单层dj型铅溴杂化钙钛矿及制备方法和在偏振光探测领域应用。


技术实现要素：

4.针对目前链状胺构筑的杂化钙钛矿材料稳定性差的问题，本发明提供了一种二维单层dj型铅溴杂化钙钛矿及制备方法和应用。
5.为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
6.一种二维单层dj型铅溴杂化钙钛矿材料，所述二维单层dj型铅溴杂化钙钛矿材料为(2-氨甲基哌啶)pbbr4晶体材料，其化学式为：c6h
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n2pbbr4，结构简式为：(2amp)pbbr4；(2amp)pbbr4晶体材料属于正交晶系，pbcn空间群；(2amp)pbbr4晶体材料的晶胞参数为晶体材料的晶胞参数为z＝8,单胞体积为
7.一种二维单层dj型铅溴杂化钙钛矿材料的制备方法，包括以下步骤：
8.步骤1，将pb(ac)2·
3h2o溶解在hbr溶液中，再加入2-氨甲基哌啶，得到淡黄色沉淀；
9.步骤2，将步骤1得到的淡黄色沉淀加热至沸腾后，得到一种清澈的黄色溶液，将该溶液采用逐步降温法缓慢冷却至室温可生长出大尺寸单晶体,该单晶体即为(2amp)pbbr4晶体材料。
10.进一步，所述步骤1中的pb(ac)2·
3h2o的浓度为0.379g/mmol，2-氨甲基哌啶的浓度为0.12g/mmol，hbr溶液的浓度为48％的hbr溶液。
11.进一步，所述步骤1中pb(ac)2·
3h2o的用量为4～5mmol，hbr溶液的用量为10～
15ml，2-氨甲基哌啶的用量为8～9mmol。
12.进一步，所述步骤1中2-氨甲基哌啶与pb(ac)2·
3h2o的质量比为1:0.54。
13.进一步，所述步骤2中逐步降温法缓慢冷却的时间为15～30天。
14.一种二维单层dj型铅溴杂化钙钛矿材料的应用，所得到的二维单层晶体材料具有明显的吸收各向异性，用于高效的偏振光探测。
15.与现有技术相比本发明具有以下优点：
16.1、本发明二维单层dj型铅溴杂化钙钛矿材料，可溶液法制备，制备工艺简单，常常在低温下就可以合成，同时也易于成膜，将此材料用于光伏材料和光电器件兼具性能较好和成本较低的优点。
17.2、本发明的晶体材料具有明显的吸收各向异性，同时dj结构有利于体系中载流子的传输和分离，是用于偏振光电探测领域的优良材料。
18.3、本发明的晶体材料利用dj型杂化钙钛矿层间没有范德华间隙大大提高了此前材料(链状胺构筑的杂化钙钛矿)的稳定性(对湿度、对光、对热)。
附图说明
19.图1为(2amp)pbbr4的块状晶体示意图；
20.图2为(2amp)pbbr4dj型二维铅溴单层杂化钙钛矿的结构示意图；
21.图3为(2amp)pbbr4带隙图；
22.图4为(2amp)pbbr4器件在暗态和405nm偏振光照下电流-光偏振角度极轴图；
23.图5为(2amp)pbbr4器件上升和下降光响应时间。
具体实施方式
24.实施例1
25.将pb(ac)2·
3h2o(4mmol)溶解在10ml(48wt.％)的hbr溶液中。随后，在溶液中加入8mmol的2-氨甲基哌啶，得到淡黄色沉淀。加热至沸腾后，得到一种清澈的淡黄色溶液。将上述溶液以每天1℃的速度从70℃逐步降到25℃，25天后可以得到(2amp)pbbr4大尺寸单晶。通过x射线单晶衍射仪进行分析得出晶体结构，如图2所示。
26.实施例2
27.(2amp)pbbr4晶体材料的吸光能力分析：
28.通过紫外-可见(uv-vis)吸收光谱对合成的有机-无机杂化(2amp)pbbr4晶体材料进行吸光性能分析，结果表明该晶体的吸收截止边可以达到430nm(图3)，直接带隙，(eg)为～2.9ev。
29.实施例3
30.(2amp)pbbr4晶体材料在405nm偏振光照射下的偏振光电探测性能分析：
31.在不加光照的暗态下，(2amp)pbbr4单晶器件的暗电流低至4.75*10-11
a(v
bias
＝10v)，表明该化合物的本征载流子浓度很低，反映了该晶体材料的质量很高。而且在405nm偏振光照下，研究了(2amp)pbbr4单晶器件的光电流和光响应曲线。用(2amp)pbbr4构筑的器件在405nm的偏振光下开关比可以达到102，偏振比可以达到1.23。这一结果也足以说明，该晶体是一种优异的偏振光电探测材料。
32.实施例4
33.将pb(ac)2·
3h2o(5mmol)溶解在15ml(48wt.％)的hbr溶液中。随后，在溶液中加入9mmol的2-氨甲基哌啶，得到黄色沉淀。加热至沸腾后，得到一种清澈的淡黄色溶液。将上述溶液以每天0.5℃的速度从75℃逐步降到25℃，30天后可以得到室温可生长出(2amp)pbbr4大尺寸单晶。通过x射线单晶衍射仪进行分析得出晶体结构，如图2所示。
34.本发明性能评价：
35.(1)吸光性能
36.(2amp)pbbr4晶体颜色为淡黄色，该材料的紫外-可见吸收光谱图显示出该晶体在紫外和可见光区都有较强的吸收，而且吸收截止边可以达到～430nm(图3)，计算其为直接带隙半导体且带隙(eg)为～2.9ev，表明该晶体是一种很有前途的光探测候选材料。
37.(2)405nm偏振光电探测性能
38.为了测试该晶体材料的光电探测性能，我们组装了小型光电探测器。基于(2amp)pbbr4二维单层dj型有机-无机杂化钙钛矿光电探测器拥有较低的暗电流(10-11
a)，在405nm偏振光照下较大的开关比(～102)。此外，器件的上升/下降时间(τr/τf)约为224/310μs。同时由于吸收各向异性该材料展现出较大的偏振比(1.23)。
39.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。