هالیدهای سرب متیل آمونیوم

هالیدهای سرب متیل آمونیوم (MALHs) ترکیباتی جامد با ساختار پروسکایت و فرمول شیمیایی CH 3 NH 3 PbX 3 هستند که در آن X = I، Br یا Cl است. از کاربرد های بلقوه آنها میتوان به استفاده  در سلول های خورشیدی ،  لیزرها ، دیودهای ساطع نور، آشکارسازهای نوری ، آشکارسازهای تشعشع،   سوسوزن ،  ذخیره سازی داده های مغناطیسی نوری  و تولید هیدروژن اشاره کرد.

خواص و ترکیب ها 
در ساختار کریستالی مکعبی CH 3 NH 3 PbX 3 اکتاهدر PbX 6 کاتیون متیل آمونیوم (CH 3 NH 3 + ) را احاطه کرده است. یون های X ثابت نیستند و با انرژی فعال سازی 0.6 eV می توانند از طریق کریستال مهاجرت کنند. مهاجرت با کمک جای خالی است.  کاتیون های متیل آمونیوم توانایی چرخش در داخل قفس خود را دارند. در دمای اتاق، یون‌ها دارای محور CN به سمت جهت سلول‌های واحد هستند و مولکول‌ها به‌طور تصادفی به یکی دیگر از جهت‌های شش چهره در مقیاس زمانی 3 ps تغییر می‌کنند. 

با افزایش دما حلالیت MALH ها  کاهش شدیدی پیدا میکنند : از 0.8 گرم در میلی لیتر در 20 درجه سانتی گراد تا 0.3 گرم در میلی لیتر در 80 درجه سانتی گراد در دی متیل برای CH 3 NH 3 PbBr 3 . این ویژگی در رشد فیلم‌ها و تک بلورهای MALH از محلول، با استفاده از مخلوطی ازپودرهای PbX 2 و  پودرهای  CH 3 NH 3 X  به عنوان پیش‌ساز استفاده می‌شود. نرخ رشد 3-20 است میلی متر 3 در ساعت برای CH 3 NH 3 PbI 3 و رسیدن به 38 میلی متر 3 در ساعت برای کریستال های CH 3 NH 3 PbBr 3. 

کریستال های به دست آمده غیر پایدارند و وقتی که تا دمای اتاق سرد شدند در محلول رشد حل خواهندشد. آنها bandgaps از 2.18 ولت برای CH 3 NH 3 PbBr 3 و 1.51 ولت برای CH 3 NH 3 PBI 3، در حالی که تحرک حامل مربوطه است 24 و 67 سانتی متر 2 / (V · بازدید کنندگان). هدایت حرارتی آنها فوق العاده کم است، ~ 0.5 W / (K · متر) در دمای اتاق برای CH 3 NH 3 PBI 3.

تجزیه نوری و تجزیه حرارتی CH 3 NH 3 PbX 3 
محققان یک مکانیسم مسیر تجزیه پیشنهادی برای CH 3 NH 3 PbI 3 در حضور آب  که گازهای CH 3 NH 2 و HI را آزاد می کند به طور گسترده در سلول خورشیدی پروسکایت را در ابتدا پذیرفتند. در ادامه مشخص شد که گازهای اصلی آزاد شده در دمای بالا (> 360 درجه سانتیگراد) در اثر تخریب حرارتی CH 3 NH 3 PbI 3 متیل یدید (CH 3 I) و آمونیاک (NH 3 ) هستند.  

 {CH3NH3PbI3(s)}  ->[\Delta] {PbI2(s)} + {CH3I(g)} + {NH3(g)} 

با استفاده از اندازه‌گیری‌های درجا XPS در سال 2017 استنباط شد که با حضور بخار آب، نمک CH 3 NH 3 I نمی‌تواند محصولی از تخریب پروسکایت CH 3 NH 3 PbI 3 شود . 

مشابه درجه حرارت های بالا واکنش تخریب برای CH 3 NH 3 PbBr 3 تایید شده است . 

 {CH3NH3PbBr3(s)}  ->[\Delta] {PbBr2(s)} + {CH3Br(g)} + {NH3(g)} 

علاوه بر آن، اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی جرمی با وضوح بالا در دمای پایین (کمتر از 100 درجه سانتی‌گراد) که با عملکرد فتوولتائیک سازگار است نشان داد که CH 3 NH 3 PbI 3 برگشت‌پذیر است.

{CH3NH3PbI3(s)}  <=>[\Delta,h\nu] {PbI2(s)} + {Pb^0(s)}  + {I2(g)} +{CH3NH2(g)} + {HI(g)} 

و واکنش‌های تجزیه شیمیایی برگشت‌ناپذیر هنگام اعمال پالس‌های حرارتی یا نور در خلاء. 

 {CH3NH3PbI3(s)}  ->[\Delta,h\nu] {PbI2(s)} + +{CH3I(g)} + {NH3(g)}  

به تازگی، روشی برای مشخص کردن کمیت پایداری شیمیایی ذاتی پروسکایت‌های هالید هیبرید ترکیبی خودسرانه پیشنهاد شد.

برنامه های کاربردی 
MALH ها کاربردهای بالقوه ی زیادی در آشکارسازهای تشعشع، تولید هیدروژن، سلول های خورشیدی ، لیزرها ،  دیودهای ساطع نور، آشکارسازهای نوری و  سوسوزن   دارند. در اکثر سلول های خورشیدی MALH  راندمان تبدیل انرژی بیش از 19٪ است.

همچنین ببینید 

 سلول خورشیدی پروسکایت
 متیل آمونیوم هالید

منابع 

مقاله‌های دارای ویدئو
پروسکایت‌ها