有机-无机杂化卤化物和硫化物的制备及性质

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主族金属卤化物和硫化物因为丰富的拓扑结构及优良的性质(如光电、荧光、催化和离子交换等)被广泛地应用于科技和生活中,如主族金属卤化物被用在钙钛矿光电材料上,多孔主族金属硫化物被用于去除重金属离子。然而,在研究有机-无机杂化卤化物时,有机成分往往仅作为结构导向剂引入这些化合物中,而怎样利用共轭有机化合物的功能性,使其与无机卤化物结合还有待于探索。另外,虽然已有不少多孔硫属材料被报道,但对于其孔道尺寸的调控仍然有待研究。在本篇研究论文中,利用溶剂热的方法将共轭有机配体引入锡卤化合物中,研究其结构与光学和光敏性质的关系,探讨其在染料敏化光电领域的潜在应用。同时合成了具有3-D框架结构且孔洞尺度可调的金属硫属化合物,并研究了它们的晶体结构、光学、光电和离子交换性质。  本研究主要内容包括:⑴介绍了铅锡卤化物和锗锡硫属化合物的的研究与应用现状。第一部分总结了有机无机卤化物材料的合成及发展,特别是在光电材料方面的应用。归纳了有机阳离子为多胺且引入的过渡金属为Cu的锗、锡硫属化合物,及有机阳离子为表面活性剂或者离子液体的锗、锡硫属化合物。⑵以主族金属Sn为原料,引入具有共轭结构的邻菲罗啉配体,利用溶剂热的方法合成了一系列颜色、性质可调的有机无机杂化锡卤化物 Sn(phen)XmYn, XmYn=Cl4(1),Br4(2),I4(3),Cl2I2(4)和Br2I2(5)。它们的分子堆积和相互作用因卤素原子的半径不同而不同。光谱实验和密度泛函计算结果证明卤素到phen间存在电荷转移(LLCT)。通过增加Cl的摩尔比可增强紫外荧光发射强度,增加I的摩尔比可增强可见光的吸收。因为0-D材料的特征,这些化合物在普通溶剂中有很好的溶解性,可作为分子材料用于器件制造。由于强的LLCT造成的窄的能带隙,化合物Sn(phen)I4(3)显示了最好的光电响应性质,是潜在的光敏剂。这是首个使用主族金属phen配合物作光电转换的光敏染料的例子。⑶选用14族金属Sn和Ge作为主族金属,螯合胺en和1,2-dap作为模板剂,在锗、锡硫属框架体系中添加一价铜导向合成了具有不同尺寸的三元硫属框架材料化合物(H2dap)2Cu8Ge6S18(6),(H2en)2Cu8Ge5S16(7)和(H2en)2Cu8Ge3Sn2S16(8),由单晶解析发现化合物6、7和8的3-D框架的次级构建单元都是一个[Cu8S12]16-簇,这个[Cu8S12]16-簇在三个方向通过二聚[Ge2S6]4+/[Sn2S2]4+单元或者四面体[GeS4]4+单元的不同连接扩展形成孔径可变的3-D框架。紫外可见光谱表征发现这3个化合物的能带隙均在2-2.5eV之间,是潜在的半导体材料。同时它们的固体光电流响应均在10-7数量级上,且离子交换实验证明化合物可以与Cs+、Cd2+和Pb2+等离子进行离子交换,这些结果说明化合物6-8在光电领域和污水处理应用上有潜在应用。
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