[发明专利]一类具有光致变色性能的无机-有机杂化超晶格材料及其制备和用途

说明书

一类具有光致变色性能的无机‑有机杂化超晶格材料及其制备和用途，所述无机‑有机杂化超晶格材料未经加热时为绿色，具有很强的自由基信号，而经加热之后，由于自由基发生淬灭，则变成黄色，当在乙醇溶液中浸泡后，再经光照处理，该材料又恢复为未经加热的状态。所述材料未经加热时的电导率在10^‑4S cm^‑1的量级，经加热退色之后的样品电导率下降将近5个量级。所述材料未经加热时区别于传统的无机‑有机杂化材料，所述材料的无机和有机部分都是中性的，即便是浸泡在水中都依然保持结构的稳定性本发明的制备方法是利用光诱导合成技术，所述方法是将光作为打开超晶格层的能量，其制备过程操作简单、且产率高，产量大。

技术领域

本发明属于无机-有机杂化超晶格材料技术领域，具体涉及一种具有光致变色性能的无机-有机杂化超晶格材料及其制备和用途。

背景技术

无机-有机杂化材料是将无机组分和有机组分在分子水平上组装，经过精心设计和结构调控不仅可以达到充分发挥无机材料和有机材料各自性能优点的“杂交优势”的效果，而且有机组分可以通过化学键与无机组分发生协同作用，使杂化材料呈现单一组分不具有的新颖功能。这类材料在光电子器件、太阳能电池、催化、离子交换和快离子导体等方面具有重要的应用价值。因此，制备分子基无机-有机杂化材料，实现对其光、电、磁及催化性能的调控，深入研究材料结构与物性的关联、对最终实现材料的实际应用具有重要的意义。

金属卤化物无机-有机杂化材料，由于其具有优异的电学性能并且容易制备成薄膜，在发光二极管、场效应晶体管以及太阳能电池等方面有潜在的应用前景，成为最受关注的分子基杂化材料之一。尤其是以甲胺为阳离子的卤化铅杂化材料(CH₃NH₃PbX₃,X＝Cl,Br,I)，近几年来由于其在太阳能电池转换效率上的飞速提升而受到广泛的关注。但是这类材料由于无机部分为阴离子，有机部分为阳离子形式，在潮湿环境下容易潮解。

超晶格材料是两种材料通过范德华相互作用堆积而成的一类材料。这样一类物质，其具有优异的电学性能，如超导，场效应晶体管高开关比等，被广泛应用于各种电学器件中。另一方面超晶格材料因其可能具有其他二维材料不具有的性能，而目前合成超晶格材料的方法主要是层层剥离重组，电化学法，化学气相沉积法等，这些方法合成的超晶格普遍产量不高，重现性比较差。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有光致变色性能的无机-有机杂化超晶格材料及其制备方法和用途，所述无机-有机杂化超晶格材料的电导率优于常见的无机-有机杂化材料，并在变色前后具有5个量级的电导率变化，并且变色前的超晶格材料对红外区具有光电导响应。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一类无机-有机杂化超晶格材料，所述超晶格材料包括至少一层有机层和至少一层无机层，所述有机层为EtDAB层、MeDAB层或MeBEN层中的至少一种；所述无机层为PbI₂层；所述至少一层有机层与所述至少一层无机层交替堆叠。

根据本发明，所述有机层插层在无机层中形成交替堆叠的无机-有机杂化超晶格材料。

根据本发明，所述超晶格材料中一层有机层的厚度为例如所述超晶格材料中一层无机层的厚度为例如例如，一层有机层的厚度为一层无机层的厚度为

根据本发明，所述无机-有机杂化超晶格材料中，有机层与无机层的摩尔比为1:0.1-5，优选为1:1-4.5，例如1:2-4。示例性地，所述有机层和无机层的摩尔比为1:4。当所述摩尔比超过此范围时，有机层无法再插层进入无机层中，或者也可以理解为无机层内已经没有足够的空间容纳更多的有机层。

根据本发明，所述无机-有机杂化超晶格材料的厚度为10-1000nm，如200-800nm，如300-600nm。