金屬鹵化物
關注創建者：匿名 創建時間：2021-07-30
金屬鹵化物的實例教程
作為新興的發光材料家族，分子級低維金屬鹵化物鈣鈦礦由于其令人印象深刻的結構多樣性、優異的光學性能以及在LEDs、太陽能電池和光電探測器領域的巨大應用前景，近年來受到越來越多的關注。
考慮到WLEDs多色發射器的探索，設計具有適當峰值帶寬、高光致發光量子產率(PLQY)和優異穩定性的金屬鹵化物中的優質黃綠光發光材料以滿足工業應用需求至關重要。迄今為止，大多數報道的可被藍光激發的高效黃綠光發光金屬鹵化物材料都集中在基于Mn(II)的化合物中。然而，Mn(II)基金屬鹵化物通常對濕氣和熱的穩定性較差，尤其是典型的d-d過渡發射模式難以調節。尋找具有超寬帶可激發特性的金屬鹵化物發射體是一項挑戰。
銅(Cu)基功能材料由于其地球含量豐富、低毒、低成本等優點，成為形成銅(I)基金屬鹵化物的合適選擇。最近，Hosono及其同事首次報道了具有高效藍光發射的Cs3Cu2I5，從而引發了對基于Cu(I)的金屬鹵化物發光材料的探索。然而，盡管有高效的藍/綠光發射，但報道的全無機Cu+基金屬鹵化物的次優激發峰位置（~300 nm）極大地限制了它們的進一步商業應用。此外，有機-無機雜化金屬鹵化物是一個有趣的功能材料家族，具有令人印象深刻的結構多樣性和巨大的應用前景。與無機固體不同，有機-無機雜化金屬鹵化物使我們能夠通過選擇合適的有機成分來人為地設計無機晶格的連通性。例如，Li等人報道了一種具有一維團簇的無鉛Cu(I)基有機-無機鈣鈦礦相關材料[K(C8H16O4)2]2[Cu4I6]，其具有近100%的PLQY(～97.8%)。然而，光致發光激發(PLE) 光譜顯示藍光仍未位于最佳激發區域。
圖 1. (a)(18-crown-6)2Na2(H2O)32+離子的詳細視圖。
展開 最近，具有特征STEs發射的0D金屬鹵化物為EDE探索提供了一個新平臺。從結構的角度來看，0D金屬鹵化物是體量子材料的最佳例證，其中光活性組分彼此完全隔離。0D金屬鹵化物的STEs發射僅取決于發光構件的結構特性。因此，0D金屬鹵化物中無機多面體的局部結構調制能夠引起明顯的PL變化，包括產生具有EDE響應的多個激發態。例如，0D (C4N2H14Br)4SnBr3I3在77 K的STEs發射隨著激發波長的增加而逐漸紅移。這種EDE現象是基于光活性SnBr3I3八面體的不均勻配位產生的，因此依賴于激發的Sn-Br和Sn-I畸變導致形成具有不同能量的多個激發態。高壓是一種理想的技術，可以不斷改變材料的晶體結構和性能，全面探索其中的結構-性能關系。低維金屬鹵化物中壓力引起的結構變形會引起STEs發射的有趣響應，例如發射能量變化和發射強度增強。由于0D金屬鹵化物具有足夠的結構自由度，高壓下的結構工程允許對STEs發射進行精細調制，這有望提供一些對EDE的深入理解。
圖 1. a) 一種典型的Cs2InBr5·H2O晶體在環境光（左）和紫外光（右）下的圖像。b) Cs2InBr5·H2O在環境條件下的晶體結構。為清楚起見，省略了氫原子。c) Cs2InBr5·H2O晶體在環境條件下的PL激發（PLE，綠色）和PL發射（粉紅色，在355 nm 激發）光譜。插圖說明了光敏InBr5O八面體的結構。d) Cs2InBr5·H2O在355 nm(上)和405 nm(下)激發下的金剛石頂錘細胞和高壓光學顯微圖。紅色虛線框突出了壓力范圍，其中Cs2InBr5·H2O晶體表現出明顯不同的發射顏色。
圖 2. Cs2InBr5·H2O在不同激發（Ex）下的壓力相關PL光譜。
展開 [MX6]（M=金屬陽離子，X=鹵化物陰離子）被認為是金屬鹵化物鈣鈦礦的基本功能單元。
【前言】
金屬鹵化物鈣鈦礦由于其優異的缺陷容限、低成本的溶液處理和可調諧的可見光譜發射而迅速推動了光電器件領域的發展。對于照明應用，來自單個發射器層的白色發射引人關注，因為它簡化了器件結構，避免了在混合和多個發射器中看到的自吸收和顏色不穩定性。寬帶和白光發射通常源自存在于具有局域載流子和軟晶格的半導體中的自俘獲激子(STEs)。盡管雜化金屬鹵化物鈣鈦礦，特別是那些具有低維晶體結構的鈣鈦礦，作為寬帶發射材料受到了相當大的關注，但它們很少能夠達到高的PLQY。
【成果簡介】
今日，來自美國托萊多大學的鄢炎發教授 與華中科技大學的唐江教授（共同通訊）聯合在Nature發表文章，題為“Efficient and stable emission of warm-white light from lead-free halide double perovskites”。作者報道了一種無鉛雙鈣鈦礦，它通過自俘獲激子表現出高效穩定的白光發射，這些激子源自處于激發態的AgCl6八面體的Jahn-Teller畸變。將鈉離子摻雜到Cs2AgInCl6中，作者通過操縱自俘獲激子波函數的奇偶性來打破暗躍遷，并降低半導體的電子維數。這導致光致發光效率比純Cs2AgInCl6提高了三個數量級。含0.04%鉍摻雜的最佳合金Cs2(Ag0.60Na0.40)InCl6發出86.5 %量子效率的暖白光，工作時間超過1000小時。作者預計這些結果將刺激對用于下一代照明和顯示技術的基于單發射器的白光發光磷光體和二極管的研究。
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金屬鹵化物鈣鈦礦最近成為太陽能發電的一類令人興奮的新型半導體，其器件效率目前與商用硅電池的效率相當。到目前為止，單結器件的最高功率轉換效率（PCE）依賴于鉛基鈣鈦礦的優異性能，其具有很強的吸收能力，較長的電荷載流子壽命和擴散長度，和高缺陷容限。然而，鹵化鉛鈣鈦礦可達到的最低帶隙約為1.5eV，單結器件的最大理論效率需要1.3 eV。加上對可溶形式鉛毒性的關注，這些問題導致了對替代金屬鹵化物半導體的研究增加。目前，解決這些問題最有希望的材料是混合金屬錫，其中A位通常由甲脒（FA+）、甲基銨（MA+）、銫（Cs+）或其混合物占據，x位主要由碘化物占據（以實現最低帶隙），但也有報道稱含有溴。如最近綜述所述。與鈣鈦礦硅串聯電池相比，這種器件結合了多種結構的增強效率、更低的加工溫度和更高的成分可調性。
Sn基鹵化鉛鈣鈦礦在光伏器件中有著明顯的優勢，對其潛在光電特性的認識仍在不斷涌現。
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關鍵詞：稀土化合物；DFT，Gaussian，量子化學，結構優化
稀土化合物是指含有稀土元素（鑭系元素和釔）的化合物，因其獨特的電子結構和化學性質，在催化、光電、磁性、電子、能源等多個領域有著廣泛應用。稀土元素具有優異的光學、電學、磁學性能，能夠用于制造高效的永磁材料、熒光材料、催化劑、激光介質以及高溫超導材料等。通過各種先進的合成方法，可以調控稀土化合物的物理化學性質，以滿足不同應用需求，它們在新材料
LEDs (發光二極管)，單片機驅動和磷模型
LDs (激光二極管)
白熾光源，如燈泡和太陽
熒光光源，如熒光燈
金屬蒸汽光源，如 金屬鹵化物燈
高壓氣體放電光源
這些光源的建模將包括光譜、輻射、亮度分布信息。
有四種方法可以創建復雜的光源模型。
幾何模型：光源的物理模型。
在已報道的設計中，硫化物和金屬鹵化物 SE 的組合很有吸引力。金屬鹵化物 SE（尤其是氯化物）與 LCO 和 NCM 的化學性質穩定，即使沒有任何保護層。此外，當 SE:CAM 比值較低時，無需任何導電添加劑，就能輕松形成最佳的三維互聯混合電子/離子網絡。硫化物 SE 對正極更穩定，其中一些甚至可以與金屬鋰相媲美。
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鈣鈦礦電池，是利用鈣鈦礦型有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料為太陽能電池，屬于第三代太陽能電池，是一種全新的技術路線。
CINNO Research產業資訊，日本國立物質材料研究機構（NIMS）于2022年2月22日宣布，開發出了一種具有更好的抗氧化性印刷電子墨水，這種新墨水能以自組方式形成銅鎳核殼結構。有望作為一種價格低廉且穩定的金屬墨水被推廣使用。
目前主要用于印刷電子產品的銀納米粒子墨水價格昂貴，并且存在阻焊性低、容易產生遷移等缺點。另一方面，價格低廉的銅納米粒子墨水極易被氧化，用于印刷電子產品時
玻璃的紫外吸收與堿金屬鹵化物晶體在遠紫外的吸收屬于同一機理，即吸收是陰離子的價電子受激發的結果。凡是能量大于( 或波長小于) 吸收極限波長的光都能把陰離子上的價電子數激發到激發態(或導帶) ，故全部吸收。而能量小于( 或波長大于) 吸收極限波長的光，由于能量小，不足以激發價電子，故全部透過。
然而，由金屬鹵化物鈣鈦礦材料制成的鈣鈦礦太陽能電池，可能成本更低、更高效。現在，鈣鈦礦型太陽能電池在效率方面，可與更成熟的硅基太陽能電池相媲美。關鍵挑戰在于，這種電池存在化學不穩定性。鈣鈦礦材料對水分、氧氣甚至光線都非常敏感，在空氣中會迅速降解。
一種甲脒鈣鈦礦（formamidinium perovskite）材料有助于解決這一問題。
什么是非金屬夾雜？
鋼中非金屬夾雜物，如氧化物、硫化物、硅酸鹽、氮化物等一般都呈獨立相存在，主要是由煉鋼中的脫氧產物和鋼凝固時由于一系列物化反應所形成的各種夾雜物組成。
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金屬鹵化物鈣鈦礦
