摘要
近年来，基于铅的金属卤化物因其结构和性能的可调控性以及优异的光电性能，已成为光电材料领域的研究热点。然而，铅基杂化钙钛矿的实际应用始终受到铅毒性的限制。在过渡金属中，金属铜因其成本低廉、易获取、无毒等优点，成为铅基卤化物很好的替代品。卤化类离子液体因其在可见光和近红外光范围内基本无吸收，成为了有机-无机杂化化合物发光材料的理想基质。本论文选取卤化类离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑碘盐：[Emim]I，1-丙基-3-甲基咪唑碘盐：[Pmim]I和N-乙基吡啶溴盐：[Epy]Br)为有机组分，卤化亚铜为无机组分，采用低成本的溶液法分别合成并生长出了[Emim]4[Cu4I8]、[Mim]4[Cu4I4]和[Epy]2[CuBr3]单晶，并对单晶的结构、热稳定性和光学性能进行了详细地研究，具体的研究内容如下： 1、[Emim]4[Cu4I8]的合成及晶体生长、单晶结构及发光性能 室温下，按照摩尔比[Emim]I:CuI=1:1称取原料，并溶解于乙腈中制成透明的前驱体溶液，采用溶剂缓慢挥发法数天后得到厘米级的[Emim]4[Cu4I8]透明单晶，并对该晶体的晶体结构和光学性能进行了研究。研究结果表明，[Emim]4[Cu4I8]晶体在三斜晶系的P-1空间群结晶，中心离子Cu(I)为共边双八面体构型。[Emim]4[Cu4I8]晶体具有较好的光学透过性，通过 Tauc 公式计算得到的晶体的光学带隙为 3.26 eV。密度泛函理论(DFT)计算表明，该晶体具有2.90 eV的较大间接带隙。荧光光谱表明晶体在480 nm处出现明显的发射峰，其最大半峰宽(FWHM)为82 nm，斯托克斯位移为146 nm。室温下，测定晶体的荧光寿命为69μs，量子产率为5.5%。在X射线的激发下，该晶体表现出较优的X射线荧光性能。 2、[Mim]4[Cu4I4]的合成及晶体生长、单晶结构及发光性能 室温下，按照摩尔比[Pmim]I:CuI=1:1称取原料，并溶解于乙腈中制成前驱体溶液，选取甲醇为不良溶剂，通过反相溶剂扩散法合成了[Mim]4[Cu4I4]单晶，并对该晶体的晶体结构和光学性能进行了研究。单晶解析结果表明，[Mim]4[Cu4I4]晶体属于正交晶系，晶体空间群为Ccca，Cu(I)配体为扭曲的立方烷构型。通过Tauc公式计算得到的晶体的光学带隙为2.67 eV。光致发光光谱表明该晶体的发射峰位于595 nm处，FWHM为112 nm，斯托克斯位移为255 nm。该晶体的荧光寿命为10.08 μs，量子产率高达98.99%。此外，该晶体还表现出优异的X射线荧光性能。 3、[Epy]2[CuBr3]的合成及晶体生长、单晶结构及发光性能 室温下，按照摩尔比[Epy]Br:CuBr = 2:1 称取原料，并溶解于乙腈中制成前驱体溶液，利用溶剂缓慢挥发法得到了黄色的块状[Epy]2[CuBr3]单晶，并对该晶体的晶体结构和光学性能进行了研究。研究结果表明，[Epy]2[CuBr3]晶体属于三斜晶系，空间群为P-1，[CuBr3]2-团簇为平面三角形构型。通过 Tauc 公式计算得到的晶体的光学带隙为2.57 eV。光致发光光谱表明该晶体的发射峰位于570 nm，FWHM为131 nm，斯托克斯位移为130 nm。室温下，该晶体的荧光寿命为1.69μs，光致发光量子产率为3.8%。此外，该晶体表现出优良的X射线荧光性能。
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