[发明专利]一种窄带隙有机-无机低维杂化材料及其合成方法

说明书

本发明公开了一种窄带隙有机‑无机低维杂化材料及其合成方法。具体实验步骤如下：量取10.00～15.00mL乙二胺溶液于三口烧瓶中，在冰水浴条件下边搅拌边缓慢滴加45.00～60.00mL的浓度为45％氢碘酸溶液，磁力搅拌2～5小时，将混合溶液放入培养皿中60～80℃干燥20～30小时，得到白色晶体，将此白色晶体用30.00～60.00mL乙醚洗涤2～4次，然后60～80℃条件下真空干燥20～30小时，得到白色粉末A。称取5.0～5.5mmol Bi2O3加入样品瓶中，加入5～10mL的浓度为45％氢碘酸溶液得到澄清溶液，随后加入10.0～11.00mmol上述白色粉末A，将得到的反应液放入水热反应釜中，在90℃条件下保温10h；冷却至室温，在反应釜底部会生成晶体，即为(NH₃CH₂CH₂NH₃)Bi₂I₁₀晶体。其带隙约为1.89eV，并且其稳定性可达310℃，可以在空气中稳定存放15天左右。

技术领域

本发明涉及一种窄带隙有机-无机低维杂化材料(NH₃CH₂CH₂NH₃)Bi₂I₁₀及其合成方法。

背景技术

带隙：导带的最低点和价带的最高点的能量之差。也称能隙。带隙超过2eV的被认为是宽带隙半导体，例如GaN、SiN和ZnO，小于2eV的就是窄带隙。带隙越大，电子由价带被激发到导带越难，本征载流子浓度就越低，电导率也就越低。由于窄带隙半导体材料具有优异的吸光性能(一般来说带隙越小吸收光谱范围越广)，因此窄带隙半导体广泛应用于光电领域。在材料科学领域，窄带隙半导体材料主要分布在三块研究方向：其一是基于传统氧化物、硫化物、钒酸盐等窄带隙材料的光催化领域；其二是基于二维材料(黑磷、过渡金属硫化物等窄带隙半导体材料)的光电子领域；其三是基于新型窄带隙共轭聚合物材料的有机聚合物太阳能电池领域。这三个方向都是材料科学领域的重要发展方向。特别是能源紧缺的现在，开发转化效率高的窄带系材料是解决能源紧缺问题方法之一。而有机-无机杂化材料是一种新型材料，它同时结合了无机物质的稳定性和有机分子的多样性，与单一的有机物或无机物相比，其在力学、光学、电磁学、耐热性和功能化等方面具有明显的性能优势，并且兼具合成方法简单、结构可变等优点。目前大多数有机-无机杂化材料极其不稳定，在空气中易被氧化变质，本工作合成的材料稳定性极高，可以在空气中暴露半个月后各测试表征结果变化不大。因此开发新型的窄带隙的有机-无机杂化材料具有巨大的应用前景。

发明内容

鉴于上述窄带隙材料的应用前景和有机-无机低维杂化材料的巨大优势，本发明的目的就是为合成窄带隙有机-无机杂化材料性质优异的功能材料，利用水热方法合成(NH₃CH₂CH₂NH₃)Bi₂I₁₀。

本发明涉及的窄带隙有机-无机低维杂化材料其分子式为(NH₃CH₂CH₂NH₃)Bi₂I₁₀，分子量为1749.08，晶体结构数据见表一，键长键角数据见表二。

表一：(NH₃CH₂CH₂NH₃)Bi₂I₁₀的晶体学参数

表二：(NH₃CH₂CH₂NH₃)Bi₂I₁₀的键长和键角(°)