有机钙钛矿CH3NH3PbI3晶体的合成及表征观察1 联系客服

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河南科技大学毕业设计(论文)

表3-1 CH3NH3PbI3的XRD的衍射图相关数据

No. 1 2 3 4 5 6 7 8

2Theta 14.140 19.942 28.088

28.406 31.863 34.923 40.447 43.030

D-Value 6.2759 4.4487

3.1742 3.1394 2.8062 2.5670 2.2783 2.1003

h k l 1 1 0 1 1 2 0 4 4 2 2 0 3 1 0 3 1 2 2 2 4 3 1 4

§3.3 SEM结果分析

图3-5是MAPbI3薄膜SEM像。图3-5(a)是形貌像,可以看出尺寸为

10~30um的颗粒,膜的致密度高。图3-5(b)为EDS图谱,可以看出测得的C:N=4:1、Pb:I=3:1。根据分子式计算的理论值是C:N=1:1,Pb:I=3:1。实际测得情况C,N比相差较大,原因是样品会吸收空气中的有机碳。Pb、I比复合实际测得情况,所以可以得出,EDS表明薄膜为MAPbI3。与XRD结果一致。

(a)形貌

(b)成分

图3-5 MAPbI3薄膜SEM

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图3-6是放置在空气中10天后,样品变成黄色后的SEM形貌。与图3-5

(a)对比,颗粒界面变成空隙,说明材料的不稳定性在界面更严重。黄色产物目前还不能确定。有文献说是含有结晶水的CH3NH3PbI3,有文献说是事分解的I2和PbI2。

图3-6 MAPbI3薄膜放置于空气中10天后SEM形貌

§3.4 MAPbI3稳定性观察

图3-7是所制备的MAPbI3放置在空气中不同时间观察的颜色变化。随时

间延长,样品由黑色变成黄色。

(a)刚刚制成的MAPbI3薄膜 (b)放置三天后的MAPbI3薄膜

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(c)刚刚制成的MAPbI3薄膜 (d)放置三天后的MAPbI3薄膜

图3-7 MAPbI3薄膜停留不同时间颜色变化

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第四章 分析与讨论

§4.1 MAPbI3稳定性分析

图3-7(a)至图3-7(d)的图片是试样放置与空气中,随放置时间不同的变化而产生的颜色变化,在图中我们可以发现,随着时间的变化,试样由原来的黑色转变为黄色。MAPbI3(CH3NH3PbI3)放置在空气的环境中,生成的黄色物质是由一系列化学反应完成的,其化学反应式有相关热力学如下

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在反应4-1中, 在空气中水蒸气的作用下(作为催化剂)CH3NH3PbI3将

分解为CH3NH3I和PbI2。在这个平衡过程中,平衡常数可以表示为k(4-1)= c(CH3NH3I)和吉布斯自由能是ΔG(4-1)= -RT ln k(4-1)。

在反应式4-2中,CH3NH3I分解为CH3NH2和HI俩种物质,在这个平衡

过程中平衡常数k(4-2)= c(CH3NH2)c(HI)/ c(CH3NH3I)和吉布斯自由能是ΔG=- RT (4-2)ln k(4-2)。

在反应4-3中,HI有俩种反应途径。反应4-3代表了氧化还原反应。平衡

常数k(4-3)= 1/p(O2)c(HI),其标准吉布斯自由能可以计算如下:

经计算可知,其标准吉布斯自由能为负值,所以这个反应很容易进行。

公式(4-4)代表了光化学反应,HI可以很容易被分解成为H2和I2。根据勒

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