本发明专利技术公开了一种手性钙钛矿及其制备方法和光学应用，该手性钙钛矿的分子式为(4HOPD)PbBr3，其中，4HOPD为4
【技术实现步骤摘要】
一种手性钙钛矿及其制备方法和光学应用
[0001]本专利技术涉及一种手性钙钛矿及其制备方法和光学应用，属于钙钛矿手性光学材料领域。
技术介绍
[0002]有机无机杂化卤化物钙钛矿在太阳能电池，光电探测，发光二极管等领域显示出巨大的应用潜力。近年来，低维宽带隙钙钛矿因其多样的结构和性质，特别是基于结构手性的性质，如圆偏振发光和圆偏振光检测，受到了重视。然而，由于晶体质量差和晶体尺寸有限，基于手性结构的旋光性质和基于结构各向异性的双折射等光学性质鲜有研究，即使宽带隙钙钛矿具有优秀的光透过性，这是光学器件的先决条件。
[0003]然而，钙钛矿的固有结构不稳定性也限制了其在实际工作条件下(如常温常压下的空气、水、氧和光)的商业化应用，这一点已经在许多研究中得到证实。虽然表面钝化、掺杂和混合2D和3D钙钛矿等外在方法可以在一定程度上提高稳定性，但仍需要内在方法来解决潜在的结构不稳定性问题，以实现长期可靠性。钙钛矿稳定性的根本问题是其离子属性，这会导致结构退化并形成PbX2和阳离子卤化物盐(X＝卤素)组分。例如，阳离子容易挥发或具有亲水性，由于阳离子与无机阴离子之间的相互作用较弱，导致整体结构的退化。
技术实现思路
[0004]专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种手性钙钛矿；本专利技术的第二目的是提供一种该手性钙钛矿的制备方法；本专利技术的第三目的是提供该手性钙钛矿在手性光学和双折晶体中的应用。本专利技术第四目的是提供该手性钙钛矿作为钙钛矿太阳能电池的稳定剂和表面钝化的剂应用。
[0005]技术方案：本专利技术所述一种手性钙钛矿，所述手性钙钛矿的分子通式为(4HOPD)PbBr3，其中，4HOPD为4
‑
羟基哌啶阳离子，结晶于四方晶体P41212和P43212对映体手性空间群，即L
‑
(4HOPD)PbBr3和D
‑
(4HOPD)PbBr3，其中，L为左旋，D为右旋。
[0006]本专利技术(4HOPD)PbBr3单晶中4HOPD通过羟基和铅配位，形成[PbBr5O]八面体单元，[PbBr5O]八面体单元沿着c轴分别通过顺时针和逆时针螺旋排列，得到结晶于P41212和P43212手性空间群的对映体。
[0007]其中，所述手性钙钛矿的晶体学数据包括：
[0008]。
[0009]其中，所述手性钙钛矿具有手性光学活性，404nm处的旋光率为16.84
°
/mm。
[0010]其中，所述手性钙钛矿的双折射延迟Δn值0.005。
[0011]其中，所述手性钙钛矿的解理面为垂直于c轴的ab面。
[0012]其中，所述手性钙钛矿在265nm光照下具有光电响应，其开关比为3。
[0013]其中，所述手性钙钛矿在温度85℃，相对湿度85％条件下，结构稳定。
[0014]本专利技术所述手性钙钛矿的制备方法，包括以下步骤：
[0015](1)将4
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羟基哌啶溶解在过量HBr溶液中，得到含4
‑
羟基哌啶阳离子的HBr溶液，然后加入等化学计量比的PbBr2，，得到含有PbBr2和4
‑
羟基哌啶阳离子的HBr溶液；
[0016](2)将含有PbBr2和4
‑
羟基哌啶阳离子的HBr溶液在室温下挥发，得到八面体外形的无色透明晶体。
[0017]本专利技术所述手性钙钛矿可用作光学旋光器件或双折射器件。
[0018]本专利技术还包括所述手性钙钛矿作为钙钛矿太阳能电池的稳定剂和表面钝化剂的应用，以及发光二极管的应用。
[0019]本专利技术将有机阳离子与无机框架结合，而不是采用弱的分子间相互作用。在传统的杂化钙钛矿中，阳离子和阴离子相互作用主要是弱的氢键和范德华力。相比之下，配位键能量高达几百千焦/摩尔，使得结构更加稳定。本专利技术发现，含氧型阳离子，如醚和羟基型阳离子，可以在阳离子和阴离子框架之间形成Pb
‑
O配位键。
[0020]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下显著优势：
[0021](1)本专利技术手性钙钛矿(4HOPD)PbBr3具有很好的稳定性，同时在85℃、85％相对湿
initio Simulation Package(VASP)中运行。
[0042]旋光率测量使用Thorlabs公司PAX1000VIS/M进行，双折射相关测试使用Olympus BX51
‑
P显微镜。
[0043]实施例1
[0044](1)制备(4HOPD)PbBr3[0045]将10mmol 4
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羟基哌啶溶解在30mL HBr溶液中，得到含4
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羟基哌啶的HBr溶液；然后加入10mmol PbBr2，将含有PbBr2的HBr溶液和含4
‑
羟基哌啶的HBr溶液搅拌10min，并在室温蒸发，五天后获得无色透明块状晶体(4HOPD)PbBr3。
[0046](2)对本实施例得到的无色透明块状(4HOPD)PbBr3单晶进行结构测定，有关(4HOPD)PbBr3晶体学数据见表1。
[0047]表1无色透明块状晶体(4HOPD)PbBr3的晶体学数据
[0048][0049][0050][a]R1＝Σ||F
o
|
–
|F
c
||/Σ|F
o
|.
[0051][b]wR2＝[Σw(F
o2
–
F
c2
)2/Σw(F
o2
)2]1/2
.
[0052][c]Maximum and minimum residual electron density。
[0053]本专利技术的手性钙钛矿是一种新型结构，其中阳离子中的配位原子替代了铅
‑
卤八面体中的一个卤素位置，如图1所示。因此，可以显示出比传统离子型钙钛矿更高的稳定性，同时仍然保持类似的半导体特性。
[0054]本实施例制备的L/D
‑
(4HOPD)PbBr3单晶的晶体结构如图2所示。图2为实施例1制备的L/D
‑
(4HOPD)PbBr3单晶结构图，其中，a为不对称单元图，b为堆积图，c为螺旋轴图。由图2a
‑
b可以看出，阳离子通过羟基的氧和铅配位，然后通过边共享方式连接，L/D
‑
(4HOPD)PbBr3呈现一维链状结构，且具有镜像对称关系。同时，在c轴方向上呈现逆时针和顺时针螺旋排列堆积。
[0055]对本实施例制备的L/D
‑
(4HOPD)PbBr3单晶进行热重分析和双85条件下稳定性测试，结果如图3所述，图3为实施例1制备的L/D
‑
(4HOPD)PbBr3单晶热重分析结果和双85测试后的粉末X
‑
ray衍射图；其中，a为L/D
‑...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种手性钙钛矿，其特征在于，所述手性钙钛矿的分子通式为(4HOPD)PbBr3，其中，4HOPD为4
‑
羟基哌啶阳离子，结晶于四方晶系P41212和P43212对映体手性空间群。2.根据权利要求1所述的手性钙钛矿，其特征在于，所述手性钙钛矿的晶体学数据包括：。3.根据权利要求1所述手性钙钛矿，其特征在于，所述手性钙钛矿在温度85℃，相对湿度85％条件下，结构稳定。4.根据权利要求1所述手性钙钛矿，其特征在于，所述手性钙钛矿具有手性光学活性，404nm处的旋光率为16.84
°
/mm。5.根据权利要求1所述手性钙钛矿，其特征在于，所述手性钙钛矿的双折射延迟Δn值0.005。6.根据权利要求1所述手性钙钛矿，其特征在于，所述手性钙钛矿的解理面为垂直于c轴的ab面。7.根据权利要求1所述手性钙钛矿，其特征在于，所述手性钙钛矿在265...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩向斌，张闻，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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