Галогенид свинца метиламмония
Галогениды свинца метиламмония (МАЛГ) представляют собой твердые соединения со структурой перовскита и химической формулой [ CH3NH3 3] + Pb 2+ (Х − ) 3 , где X = Cl , Br или I . У них есть потенциальное применение в солнечных батареях . [2] лазеры , светодиоды , фотодетекторы , детекторы излучения, [3] [4] сцинтиллятор , [5] магнитооптическое хранилище данных [6] и производство водорода . [7]
Свойства и синтез
[ редактировать ]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 десятилетия спустя. [8] В [CH 3 NH 3 ]PbX 3 кубическая кристаллическая структура катион метиламмония ( [ CH3NH3 3] + ) окружен PbX 6 октаэдров. Ионы X не фиксированы и могут мигрировать по кристаллу с энергией активации 0,6 эВ; миграция осуществляется с помощью вакансий. [1] Катионы метиламмония могут вращаться внутри своих клеток. При комнатной температуре ось CN ионов ориентирована по направлению к граням элементарных ячеек, и молекулы случайным образом переходят в другое из шести граней в масштабе времени 3 пс. [9]
Растворимость МАЛГ сильно снижается с повышением температуры: от 0,8 г/мл при 20 °С до 0,3 г/мл при 80 °С для [CH 3 NH 3 ]PbBr 3 в диметилформамиде. Это свойство используется при выращивании монокристаллов и пленок МАЛГ из раствора с использованием смеси [CH 3 NH 3 ]X и Порошки PbX 2 в качестве прекурсора. Темпы роста 3–20 мм. 3 /час за [CH 3 NH 3 ]PbI 3 и достигают 38 мм. 3 /час за Кристаллы [CH 3 NH 3 ]PbBr 3 . [7]
Полученные кристаллы метастабильны и растворяются в ростовом растворе при охлаждении до комнатной температуры. Они имеют запрещенную зону 2,18 эВ для [CH 3 NH 3 ]PbBr 3 и 1,51 эВ для [CH 3 NH 3 ]PbI 3 , а их соответствующие подвижности носителей составляют 24 и 67 см-1. 2 /(V·s). [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 ( NH3 ) . [11] [12]
- [CH 3 NH 3 ]PbI 3 → PbI 2 + CH 3 I + NH 3
Приложения
[ редактировать ]MALH имеют потенциальное применение в солнечных элементах , лазерах , [13] светодиоды , фотодетекторы , детекторы радиации, [4] сцинтиллятор [5] и производство водорода. [7] Эффективность преобразования энергии солнечных элементов MALH превышает 19%. [14] [15]
Исторические ссылки
[ редактировать ]- Вебер, Дитер (1978). «CH3NH3SnBrxI3-x (x = 0-3), система Sn(II) со структурой кубического перовскита» . Журнал естественных исследований Б. 33 (8): 862–865. дои : 10.1515/znb-1978-0809 . ISSN 1865-7117 .
- Вебер, Дитер (1 декабря 1978 г.). «CH3NH3PbX3, система Pb(II) с кубической структурой перовскита / CH3NH3PbX3, система Pb(II) с кубической структурой перовскита» . Журнал естественных исследований Б. 33 (12): 1443–1445. дои : 10.1515/znb-1978-1214 . ISSN 1865-7117 . S2CID 93597007 . * Гретцель, Майкл (2014). «Свет и тень перовскитных солнечных элементов» . Природные материалы . 13 (9): 838–842. дои : 10.1038/nmat4065 . ISSN 1476-1122 . ПМИД 25141800 .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]
- ^ Перейти обратно: а б Имс, Кристофер; Фрост, Джарвист М.; Барнс, Пирс РФ; о'Риган, Брайан С.; Уолш, Арон; Ислам, М. Сайфул (2015). «Ионный транспорт в гибридных солнечных элементах на основе йодида свинца и перовскита» . Природные коммуникации . 6 : 7497. Бибкод : 2015NatCo...6.7497E . дои : 10.1038/ncomms8497 . ПМЦ 4491179 . ПМИД 26105623 .
- ^ 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 .
- ^ Нафради, Балинт (16 октября 2015 г.). «Иодид метиламмония и свинца для эффективного преобразования энергии рентгеновских лучей». Дж. Физ. хим. С. 2015 (119): 25204–25208. дои : 10.1021/acs.jpcc.5b07876 .
- ^ Перейти обратно: а б 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 галогенида свинца». Природная фотоника . 10 (9): 585–589. Бибкод : 2016NaPho..10..585Y . дои : 10.1038/nphoton.2016.139 . hdl : 20.500.11850/118934 . S2CID 123312325 .
- ^ Перейти обратно: а б Бировосуто, доктор медицины (16 ноября 2016 г.). «Рентгеновская сцинтилляция в кристаллах галогенида свинца-перовскита» . наук. Представитель . 6 : 37254. arXiv : 1611.05862 . Бибкод : 2016НацСР...637254Б . дои : 10.1038/srep37254 . ПМК 5111063 . ПМИД 27849019 .
- ^ Нафради, Балинт (24 ноября 2016 г.). «Оптически переключаемый магнетизм в фотоэлектрическом перовските CH3NH3(Mn:Pb)I3» . Природные коммуникации . 7 : 13406. arXiv : 1611.08205 . Бибкод : 2016NatCo...713406N . дои : 10.1038/ncomms13406 . ПМК 5123013 . ПМИД 27882917 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Сайдаминов Махсуд И.; Абдельхади, Ахмед Л.; Мурали, Банавот; Аларусу, Эркки; Бурлаков Виктор Михайлович; Пэн, Вэй; Дурсун, Ибрагим; Ван, Линфэй; Он, Яо; Макулан, Джакомо; Гориели, Ален; Ву, Том; Мохаммед, Омар Ф.; Бакр, Осман М. (2015). «Высококачественные объемные монокристаллы гибридного перовскита за считанные минуты путем кристаллизации при обратной температуре» . Природные коммуникации . 6 : 7586. Бибкод : 2015NatCo...6.7586S . дои : 10.1038/ncomms8586 . ПМК 4544059 . ПМИД 26145157 .
- ^ Читам, Энтони К.; Сешадри, Рам; Вудл, Фред (30 июня 2022 г.). «Химический синтез и открытие материалов» . Синтез природы . 1 (7): 514–520. arXiv : 2207.07052 . дои : 10.1038/s44160-022-00096-3 . ISSN 2731-0582 . S2CID 250199748 .
- ^ Бакулин А.А.; Селиг, О.; Баккер, HJ; Резус, YLA; Мюллер, К.; Глейзер, Т.; Ловринчич, Р.; Солнце, З.; Чен, З.; Уолш, А.; Фрост, Дж. М.; Янсен, TLC (2015). «Наблюдение в реальном времени переориентации органических катионов в перовскитах йодида свинца метиламмония» (PDF) . Дж. Физ. хим. Летт . 6 (18): 3663–3669. doi : 10.1021/acs.jpclett.5b01555 . hdl : 10044/1/48952 . ПМИД 26722739 .
- ^ Пизони, Андреа; Ячимович, Ячим; Баришич, Осор С.; Спина, Массимо; Гаал, Ричард; Форро, Ласло; Хорват, Эндре (2014). «Сверхнизкая теплопроводность в органо-неорганическом гибридном перовските CH 3 NH 3 PbI 3 ». Журнал физической химии . 5 (14): 2488–2492. arXiv : 1407.4931 . дои : 10.1021/jz5012109 . ПМИД 26277821 . S2CID 33371327 .
- ^ Хуарес-Перес, Эмилио Х.; Хаваш, Зафер; Рага, Соня Р.; Оно, Луис К.; Ци, Ябин (2016). «Термическое разложение перовскита CH3NH3PbI3 на газы NH3 и CH3I, наблюдаемое с помощью совместного термогравиметрически-масс-спектрометрического анализа» . Энергетическая среда. Наука . 9 (11): 3406–3410. дои : 10.1039/C6EE02016J . ISSN 1754-5692 .
- ^ Уильямс, Элис Э.; Холлиман, Питер Дж.; Карни, Мэтью Дж.; Дэвис, Мэтью Л.; Уорсли, Дэвид А.; Уотсон, Тристан М. (2014). «Обработка перовскита для фотогальваники: спектротермическая оценка». Дж. Матер. хим. А. 2 (45): 19338–19346. дои : 10.1039/C4TA04725G . ISSN 2050-7488 .
- ^ Дешлер, Феликс; Прайс, Майкл; Патхак, Сандип; Клинтберг, Лина Э.; Ярауш, Давид-Доминик; Хиглер, Рубен; Хюттнер, Свен; Лейтенс, Томас; Стрэнкс, Сэмюэл Д.; Снайт, Генри Дж.; Ататюре, Мете; Филлипс, Ричард Т.; Друг, Ричард Х. (2 апреля 2014 г.). «Высокая эффективность фотолюминесценции и генерация с оптической накачкой в полупроводниках из смешанных галоидных перовскитов, обработанных в растворе» . Журнал физической химии . 5 (8): 1421–1426. дои : 10.1021/jz5005285 . ПМИД 26269988 .
- ^ Чжоу, Х.; Чен, К.; Ли, Г.; Луо, С.; Песня, Т.-б.; Дуань, Х.-С.; Хонг, З.; Ты, Дж.; Лю, Ю.; Ян, Ю. (2014). «Инженерия интерфейсов высокоэффективных перовскитных солнечных элементов». Наука . 345 (6196): 542–6. Бибкод : 2014Sci...345..542Z . дои : 10.1126/science.1254050 . ПМИД 25082698 . S2CID 32378923 .
- ^ Хи, Джин Хёк; Сон, Дэ Хо; Хан, Хе Джи; Ким, Сон Ён; Ким, Джун Хо; Ким, Дасом; Шин, Хи Вон; Ан, Тэ Гю; Вольф, Кристоф; Ли, Тэ-Ву; Я, Сан Хёк (2015). «Плоские солнечные элементы CH 3 NH 3 PbI 3 на перовските с постоянной средней эффективностью преобразования энергии 17,2% независимо от скорости сканирования». Продвинутые материалы . 27 (22): 3424–30. дои : 10.1002/adma.201500048 . ПМИД 25914242 . S2CID 3165151 .