Synthesis and Characterization of Novel Organic-Inorganic Hybrid Perovskites Focusing on Pseudohalide Anion

以赝卤化物阴离子为中心的新型有机-无机杂化钙钛矿的合成与表征

• 批准号: 22KJ1328
• 负责人: 大見 拓也
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1328/
• 关键词: 有機-無機ハイブリッドペロブスカイト; 結晶構造; 単結晶; 欠陥オーダー; 次元制御; チオシアネート; 安定性; ペロブスカイト太陽電池

α-FAPbI3(FA=CH(NH2)2)はバンドギャップエネルギーが1.55 eVと小さく、ペロブスカイト太陽電池の高効率化を志向した材料研究において大きな注目を集めている。しかし、α相は室温で準安定であり、バンドギャップの大きなδ相への経時相転移が応用上の問題となっている。これまでに我々は、α-FAPbI3のアニオンを擬ハロゲンの一つであるチオシアン酸イオン(SCN-)に一部置換した化合物の合成に取り組んできた。最近別の研究グループから、α-FAPbI3薄膜に対してSCN-を含む蒸気で気相処理を施すことで、α相が安定化し太陽光発電効率が向上することが報告された。α相の安定化に向けSCN-が注目を集める一方で、SCN-置換FAPbI3は未だ同定されておらず、詳細な安定化メカニズムは未解明であった。本年度は、SCN-置換FAPbI3の単結晶を用いたX線構造解析に成功し、その詳細な結晶構造を決定することができた。また放射光を用いた温度変化XRD測定の結果から、発見された新規物質が準安定相を安定化させる効果があることを明らかにした。結晶構造解析と温度変化X線回折の結果から、SCN-置換FAPbI3がもたらす安定化効果のメカニズムを解明する手掛かりとなる重要な知見を得ることができた。加えて、異なる量の擬ハロゲン添加により他の新規化合物の合成にも成功した。周囲の水分環境を駆動力とした室温における構造相転移を見出し、粉末・単結晶試料を用いて転移挙動の観察を行った。単結晶を用いた結晶構造解析にも取り組んでおり、擬ハロゲンを用いた結晶構造の制御に向けて大きく前進することができた。また、高圧環境を活用した合成実験により新しい有機-無機ハイブリッドペロブスカイトを発見した。新規高圧相の結晶構造が明らかになってきており、高圧環境を活用したハイブリッドペロブスカイト開発の第一歩を踏み出した。

Alpha FAPbI3 (FA = CH group (NH2) 2) は バ ン ド ギ ャ ッ プ エ ネ ル ギ ー が 1.55 eV と small さ く, ペ ロ ブ ス カ イ ト solar cell の high rate of unseen を ambition し た materials research に お い て big き な attention を set め て い る. し か し, alpha は で quasi stable at room temperature で あ り, バ ン ド ギ ャ ッ プ の big き な delta facies へ の 経 planning when the phase shift が 応 using の problem と な っ て い る. こ れ ま で に I 々 は, alpha FAPbI3 の ア ニ オ ン を quasi ハ ロ ゲ ン の a つ で あ る チ オ シ ア ン acid イ オ ン (SCN -) に a replacement し の た compounds synthesized に group take り ん で き た. Don't の recent study グ ル ー プ か ら, alpha FAPbI3 film に し seaborne て SCN - contains を む steamed 気 で 気 phase 処 Richard を shi す こ と で, alpha が stabilization し sunlight 発 が electric working rate upward す る こ と が report さ れ た. Alpha の stabilization に to け SCN - が attention を set め る で, SCN - replacement FAPbI3 は だ not be さ れ て お ら ず, detailed な stabilization メ カ ニ ズ ム は not interpret で あ っ た. は this year, the SCN - replacement FAPbI3 の 単 crystallization を with い た X-ray structural analysis に successful し, そ の な crystal structure detail を decided す る こ と が で き た. Radiation light を use い ま た た result XRD measurement の temperature variations of か ら, 発 さ れ た new rules material が を quasi stable phase stabilization さ せ る unseen fruit が あ る こ と を Ming ら か に し た. Crystal structure analytic result X line back to the fold の と temperature variations of か ら, SCN - replacement FAPbI3 が も た ら す stabilization working fruit の メ カ ニ ズ ム を interpret す る hands hang か り と な る important な know see を る こ と が で き た. By adding えて and a different なる amount of <s:1> to the ハロゲ ハロゲ and によ なる to the <s:1> new regulation compound <e:1>, the に に was successfully synthesized and the た was た. Weeks 囲 の moisture environment を 駆 power と し た room-temperature に お け る tectonic facies planning move を see し, powder, 単 crystallization with material を い て planning 挙 move の 観 examine を line っ た. 単 crystallization を with い た crystallization structure に も group take り ん で お り, quasi ハ ロ ゲ ン を with い た crystal structure の suppression に to け て big き く forward す る こ と が で き た. Youdaoplaceholder0, high-pressure environment を utilization of <s:1> た synthesis experiment によ new <s:1> <s:1> organic-inorganic ハ ブリッドペロブスカ ブリッドペロブスカ トを トを published た た. New rules on high 圧 phase の crystal structure が Ming ら か に な っ て き て お り, high environmental を 圧 transfer し た ハ イ ブ リ ッ ド ペ ロ ブ ス カ イ ト open 発 の tread first step を み out し た.

项目成果

Co2+を利用したチオシアン酸アニオンを含む新規有機-無機ハイブリッド化合物 の構造と磁性

使用Co2+制备含有硫氰酸根阴离子的新型有机-无机杂化化合物的结构和磁性

• 发表时间: 2022
• 作者: 伊藤 龍寿;大見 拓也;西久保 匠;酒井 雄樹;重松 圭;東 正樹;山本 隆文
• 通讯作者: 山本 隆文

山本隆文先生（指導教員）のホームページ

山本贵文教授（导师）的主页

FAPbI3に対するチオシアン酸アニオンの置換効果

硫氰酸根阴离子对FAPbI3的取代作用

• 发表时间: 2023
• 作者: 大見 拓也;東 正樹;山本 隆文
• 通讯作者: 山本 隆文

Structural and Photophysical Properties of Organic-Inorganic Hybrid Perovskite Containing Thiocyanate Anion

含硫氰酸根阴离子的有机-无机杂化钙钛矿的结构和光物理性质

• 发表时间: 2022
• 作者: Takuya Ohmi;Tomoaki Miura;Tadaaki Ikoma;Masaki Azuma;Takafumi Yamamoto
• 通讯作者: Takafumi Yamamoto

Temperature-induced structural transition in an organic‐inorganic hybrid layered perovskite (MA)₂PbI_2‐<i>x</i>Br_<i>x</i>(SCN)₂

有机-无机杂化层状钙钛矿 (MA)₂PbI_2-<i>x</i>Br_{<i>x 中温度诱导的结构转变</i>}(SCN)₂

• DOI: 10.1039/d2ce00733a
• 发表时间: 2022
• 期刊: CrystEngComm
• 影响因子: 3.1
• 作者: Ohmi Takuya;Miura Tomoaki;Shigematsu Kei;Koegel Alexandra A.;Newell Brian S.;Neilson James R.;Ikoma Tadaaki;Azuma Masaki;Yamamoto Takafumi
• 通讯作者: Yamamoto Takafumi