一种铋基杂化半导体材料及其光电探测应用

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及其光电探测应用，其中(h2amp)2+为双质子化的4-(氨基甲基)吡啶阳离子，g+为质子化的胍离子。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、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。

技术实现思路

1、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。

2、本发明的技术方案包括以下内容：

3、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)3–阴离子，整个结构为电中性。

4、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、0.13ml 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。

5、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。

6、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子化4-(氨基甲基)吡啶两个阳离子与无机(bii6)3–阴离子在分子水平上的结合，具有显著的光电探测响应。

技术特征：

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，式中的(h2amp)2+为双质子化的4-(氨基甲基)吡啶离子，g+为质子化的胍离子，材料结晶于单斜晶系，c2/m空间群，单胞参数为a=17.03(9) 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，表现为离子型杂化结构，其中阳离子为(h2amp)2+阳离子和g+胍离子，阴离子为(bii6)3–八面体零维阴离子。

2.一种权利要求1所述的有机-无机铋碘杂化半导体材料的制备方法：以1:1:5的摩尔比称量氧化铋、4-(氨基甲基)吡啶和碳酸胍置于hi溶液中，磁力加热搅拌至反应物溶解，降至室温得到(h2amp)(g)bii6的红色条状晶体。

3.一种权利要求1所述的有机-无机铋碘杂化半导体材料的用途，其特征在于：该材料具有光电转换能力，用于制作光电探测器件。

技术总结
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(H<subgt;2</subgt;amp)(G)BiI<subgt;6</subgt;，式中的(H<subgt;2</subgt;amp)<supgt;2+</supgt;是双质子化的4‑(氨基甲基)吡啶阳离子，G<supgt;+</supgt;为质子化的胍离子，该材料中的(BiI<subgt;6</subgt;)<supgt;–</supgt;阴离子是由三价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(H<subgt;2</subgt;amp)(G)BiI<subgt;6</subgt;的单晶，可以用于光电探测领域。

技术研发人员：唐雪娜,刘广宁,王婷婕,高城城,李村成
受保护的技术使用者：济南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15