無鉛鈣鈦礦的探索性研究

周麗嬌，涂子傲，王偉建

(北部灣大學 石油與化工學院，廣西 欽州 535000)

0 前言

無機鈣鈦礦的化學通式為ABX3，其中A和B是不同大小的陽離子，X是與離子B連接的陰離子。通常，A位置的陽離子比B位置的陽離子大。 而B陽離子則由X陰離子配成6個，并形成BX6八面體的結構。這些八面體形成一個三維(3D)結構，其中較大的A位陽離子位于八面體之間的空間中[1]。鈣鈦礦CaTiO3成為無機鈣鈦礦大家族的縮影，其中A是2價金屬，B是4價金屬，X是氧，典型的例子有SrTiO3、BaTiO3、PbTiO3、BiFeO3以及Pb(Zr， Ti)O3或(Pb，La)(Zr，Ti)O3的固溶體，由于其驚人的性能而成為許多行業的骨干，其功能特性包括介電性、壓電性、鐵電性、非線性、電光效應和多重鐵性等[2-3]。可用于包括光伏設備、發光二極管(LED)、輻射探測器、納米晶體閃爍器和半導體鐵電體之中[4]。

在過去的十年中，以有機鉛鹵化物APbX3(其中A為有機陽離子，X為鹵素陰離子)為代表的有機-無機雜化鈣鈦礦材料已被廣泛用作鈣鈦礦太陽能電池的光吸收材料，其功率轉換效率(PCE)增長到26.7%[5]。Pb2+的外部6s2電子配置以及3D鈣鈦礦結構從根本上賦予了APbX3鈣鈦礦材料出色的性能，例如大的吸收系數、小的激子結合能、高的載流子遷移率、可調節的帶隙和易于制造的特性[6]。然而，鉛的毒性、鹵化有機鉛在自然環境中較差穩定性和高度親水的有機陽離子(甲基銨或甲酰胺)嚴重阻礙了鉛基鈣鈦礦太陽能電池的大規模商業化[7]。解決此問題的最直接方法是找到一種良性或毒性較小的金屬來代替鈣鈦礦結構中的鉛原子，同時保留Pb基材料的出色光學和電學性能。……