[发明专利]一种通过掺杂工程来调节碘铋乙二胺杂化材料形貌、带隙和稳定性的方法

说明书

本发明公开了一种通过掺杂工程来调节碘铋乙二胺杂化材料形貌、带隙和稳定性的方法。本发明的目的在于对杂化材料(NH₃CH₂CH₂NH₃)Bi₂I₁₀进行金属元素掺杂来调节其形貌、光学带隙以及稳定性的方法研究，最终获得不同带隙值的杂化材料，进而可应用在有机‑无机杂化钙钛矿太阳能电池以及半导体材料领域。本发明是针对之前制备的窄带隙有机‑无机低维杂化材料(NH₃CH₂CH₂NH₃)Bi₂I₁₀的带隙进行一定范围的调节。本发明具有合成工艺简单、反应条件温和、成本低廉、重复性好、光学带隙比较宽的范围内连续可调、稳定性高等优点，具有较好的产业化前景。

技术领域

本发明涉及一种通过掺杂工程来调节有机-无机杂化材料带隙的方法。

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。宽带隙半导体在蓝、紫光和紫外光电子器件，高频、高温、高功率电子器件及场发射器件方面应用广泛。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。窄带隙有机-无机低维杂化材料碘铋乙二胺([NH₃CH₂CH₂NH₃]Bi₂I₁₀)其光学带隙为1.89eV，具有应用于有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池吸收层的潜力。针对不同的目的，我们可以对材料进行元素掺杂在较宽范围内来调控其光学带隙，进而达到应用需求。特别是能源紧缺的现在，开发转化效率高的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，本工作合成的材料为铋基杂化材料，其稳定性极高，并且其光学带隙在较宽范围内可连续调控，因此开发新型的有机-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，本发明的目的就是对杂化材料(NH₃CH₂CH₂NH₃)Bi₂I₁₀进行金属元素掺杂来调节其形貌、带隙和稳定性的方法研究。采用的实验方法是简单易行的水热合成方法，该方法具有周期性短，能制备出质量较高的单晶晶体。

所述(NH₃CH₂CH₂NH₃)Bi_xM_1-xI₁₀的合成方法具体步骤为：

(1)用量筒量取10.00～15.00mL乙二胺溶液倒入三口烧瓶中，冰水浴条件下搅拌；

(2)向步骤(1)中的三口烧瓶缓慢滴加45.00～60.00mL的浓度为45％氢碘酸溶液，磁力搅拌2～5小时得到悬浊液；

(3)将步骤(2)的悬浊液倒入培养皿中，60～80℃条件下鼓风干燥20～30小时，得到白色晶体；

(4)将步骤(3)得到的白色晶体用30.00～60.00mL乙醚洗涤2～4次，放入培养皿，随后60～80℃条件下真空干燥20～30小时，得到白色粉末A；