Menu

基于离子交换/插入反应,保持碳酸盐矿物的形状并转化为卤化物钙钛矿

       1839年,德国矿物学家古斯塔夫•罗斯(Gustav Rose)在俄罗斯乌拉尔山脉发现了第一种拥有钙钛矿结构的矿石钛酸钙(CaTiO3)。从此,具有ABX3结构式的钙钛矿材料不断得到发现或合成,成为至关重要的功能性材料。如今,几乎所有在元素周期表上的元素都可以用来合成钙钛矿材料,例如以铁电性闻名学术与工业界的钛酸钡(BaTiO3)。
        近年来,传统有机和无机化学的壁垒被打破。科学家发现,钙钛矿结构中A和X原子位上的单原子可以被有机分子代替,形成有机-无机杂化钙钛矿结构。在庞大的杂化钙钛矿新家族里,很多材料具有比传统无机材料更优越的性能。例如,最近在太阳能电池领域引人注目的黑马——金属卤化物钙钛矿就是这一材料家族的典型代表。从晶体学的角度来讲,在无机钙钛矿结构中引入有机分子大大增加了材料的化学多样性和各向异性,由此产生多种有序化相变以及对称破裂。这些特质为巧妙设计钙钛矿的结构与性能提供了比传统无机钙钛矿更多的可能性。
        据2018年6月《Nature chemistry》发表的一篇论文,Tim Holtus等研究人员提出一种心方法,将碳酸盐材料转换为可调带隙的金属卤化物钙钛矿,同时保留了3D结构。研究人员分2步进行操作,他们首先通过阳离子交换引入了铅离子,接着将碳酸根作为离去基团,使碳酸根与卤化物的阴离子进行交换,并迅速插入甲基铵形成钙钛矿。
        研究表明,该方法能够将多种碳酸盐化合物合成一系列钙钛矿,具有一定的广泛应用性。文章例举了将BaCO3,SrCO3和CaCO3转化为相应的氯化物、溴化物和碘化物钙钛矿。因氯化物、溴化物和碘化物对应的带隙不同,所以说用该方法可调节带隙大小。自然界中碳酸钙是最丰富的生物矿物,如贝壳、骨骼。和人工预先编辑好的碳酸盐,如花瓶、珊瑚、螺旋等结构都可迅速被转化成钙钛矿,且保留了初始微观结构的形状和结晶度。提供具有人造组合物性能的生物和可编程合成形状。
       作者认为此研究结果提供了一个平台,可以使用两步反应的方案控制3D功能材料的形状和组成,将生物和可编程合成碳酸盐转化为钙钛矿。
 
 
(QYIM&AMSC ST Wu 编报)

Username:

Password:

联系我们 Contact