一种钙钛矿新型复合材料及其带隙调控方法

本发明涉及光电材料的设计与开发，特别是涉及一种钙钛矿新型复合材料及其带隙调控方法。

背景技术：

1、全无机钙钛矿材料（cspbx3，x=cl、br、i）以其出色的光电性能，如高量子效率和窄的半高宽，成为光电材料中的佼佼者并用于背光显示、太阳能电池、led照明等领域；但其稳定性问题严重限制了它们在商业应用中的发展，同时由于cspbx3含有铅元素，对人体有害且对环境有一定的污染。

2、在钙钛矿abx3的研究中，掺杂和表面工程等方式是提高了钙钛矿abx3的热稳定性、光谱稳定性和光稳定性的重要手段；mxene材料是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物，是通过选择性刻蚀max相材料中的a层而得到的，mxene的化学通式为mn+1xntx。其中m代表过渡金属（ti、v、cr、mo等），x表示碳或氮，n = 1-3，tx表示表面官能团，例如f、o和oh。mxene材料拥有出色的热稳定性、导电性、亲水性和机械性能，以及较高的比表面积和层间存储离子能力，成为非常有应用前景的2d材料，可以应用于太阳能电池与光催化等领域。

3、研发一种新型的稳定、无害、可应用于光电领域的材料具有非常重要的实践价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供种一种钙钛矿新型复合材料及其带隙调控方法，其中钙钛矿新型复合材料相比于传统的全无机型钙钛矿无毒无害，且带隙适配于光电材料的应用；钙钛矿新型复合材料的带隙调控方法能够高效快捷地通过改变二维mxene材料的掺杂比而调控带隙的大小，获得结构稳定的钙钛矿复合材料组成。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种钙钛矿新型复合材料，包括：

4、abx3型全无机钙钛矿和二维mxene；

5、所述abx3型全无机钙钛矿和二维mxene摩尔比为（1~50）:1；

6、所述abx3型全无机钙钛矿中替换a位的元素为cs，替换b位的过渡元素为pt，替换x位的元素为卤族元素；

7、所述二维mxene为过渡金属碳化物、氮化物或硼化物。

8、优选地，所述卤族元素包括cl、br、i，替换x位的元素为cl、br、i其中的一种或多种任意组合。

9、优选地，所述碳化物为m2c、m3c2、m4c3其中的一种；所述氮化物包括m2n、m3n2和m4n3中一种；所述硼化物包括m2b2、m3b4和m4b6中的一种。

10、一种钙钛矿新型复合材料的带隙调控方法，包括以下步骤：

11、s1：利用materials studio软件包，根据（gga-pbe）-hse03-hse06为递进的顺序进行未复合的csptx3带隙计算，选择具有导电性的二维mxene与csptx3构筑复合材料；

12、s2：将csptx3钙钛矿和二维mxene按照摩尔比例，使用materials studio进行模型构建，构造csptx3/mxene理论模型；

13、s3：根据所述s2的理论模型，构筑csptx3/mxene复合材料；

14、s4：根据所述s2建立理论模型，以materials studio优化异质结构，计算csptx3/mxene复合材料结合能；

15、s5：根据约束条件选取稳定的csptx3/mxene异质模型和对应的csptx3/mxene复合材料；

16、s6：根据所述s5中的csptx3/mxene复合材料，以materials studio进行带隙计算，依次进行（gga-pbe）-hse03-hse06为递进的逐步带隙计算，得到带隙计算结果；

17、s7：分析带隙计算结果，获取csptx3/mxene复合材料带隙在1.5 ev的材料结构与组成。

18、优选地，所述s3中，csptx3钙钛矿和二维mxene按照摩尔比例为（50~21）:1时，二维mxene作为复合材料内核，将csptx3钙钛矿包覆于二维mxene表面构造复合材料；

19、csptx3钙钛矿和二维mxene按照摩尔比例为（20~1）:1时，以叠层三明治结构形式构筑复合材料，按照csptx3钙钛矿-二维mxene-csptx3钙钛矿的三层夹心式结构建立模型。

20、优选地，所述s4中的csptx3/mxene复合材料结合能为 ebinding = e csptx3/mxene- ecsptx3- emxene；其中， ecsptx3/mxene为复合材料的总能量， ecsptx3为csptx3钙钛矿的总能量， emxene为二维mxene的总能量。

21、优选地，所述约束条件为csptx3/mxene复合材料结合能小于0。

22、优选地，所述s2中，按照不同摩尔比例梯度构建对应的csptx3钙钛矿和二维mxene理论模型，将各所述理论模型重复s3~s7。

23、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

24、上述技术方案中所提供的钙钛矿新型复合材料相比于传统的全无机型钙钛矿无毒无害，且带隙适配于光电材料的应用；钙钛矿新型复合材料的带隙调控方法能够高效快捷地通过改变二维mxene材料的掺杂比而调控带隙的大小，获得结构稳定得到结构稳定且带隙在1.5ev左右csptx3/mxene复合材料的结构与组成，从而降低实验寻找合适带隙材料操作的复杂性，缩短新材料的研发周期和节约成本，具有重要的实际应用价值。

技术特征：

1.一种钙钛矿新型复合材料，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的钙钛矿新型复合材料，其特征在于，所述卤族元素包括cl、br、i，替换x位的元素为cl、br、i其中的一种或多种任意组合。

3.根据权利要求2所述的钙钛矿新型复合材料，其特征在于，所述碳化物为m2c、m3c2、m4c3其中的一种；所述氮化物包括m2n、m3n2和m4n3中一种；所述硼化物包括m2b2、m3b4和m4b6中的一种。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的钙钛矿新型复合材料的带隙调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的钙钛矿新型复合材料的带隙调控方法，其特征在于，所述s3中，csptx3钙钛矿和二维mxene按照摩尔比例为（50~21）:1时，二维mxene作为复合材料内核，将csptx3钙钛矿包覆于二维mxene表面构造复合材料；

6.根据权利要求4所述的钙钛矿新型复合材料的带隙调控方法，其特征在于，所述s4中的csptx3/mxene复合材料结合能为ebinding=ecsptx3/mxene-ecsptx3-emxene；其中，ecsptx3/mxene为复合材料的总能量，ecsptx3为csptx3钙钛矿的总能量，emxene为二维mxene的总能量。

7.根据权利要求4所述的钙钛矿新型复合材料的带隙调控方法，其特征在于，所述约束条件为csptx3/mxene复合材料结合能小于0。

8.根据权利要求4所述的钙钛矿新型复合材料的带隙调控方法，其特征在于，所述s2中，按照不同摩尔比例梯度构建对应的csptx3钙钛矿和二维mxene理论模型，将各所述理论模型重复s3~s7。

技术总结
本发明涉及光电材料的设计与开发技术领域，特别是涉及一种钙钛矿新型复合材料及其带隙调控方法，该材料包括摩尔比为（1~50）:1的ABX<subgt;3</subgt;型全无机钙钛矿和二维MXene；ABX<subgt;3</subgt;型全无机钙钛矿中替换A位为Cs，替换B位为Pt，替换X位为卤族元素；二维MXene为过渡金属碳化物、氮化物或硼化物，该材料无毒无害且带隙适配于光电材料；该材料带隙调控方法为：初始材料选择、构建理论模型和复合材料，优化结构计算复合能、选取结构稳定的理论模型、带隙计算后分析结果；通过改变二维MXene掺杂比而调控带隙大小，获得结构稳定且带隙在1.5eV左右CsPtX<subgt;3</subgt;/MXene复合材料的结构与组成，从而降低实验寻找合适带隙材料操作的复杂性，缩短新材料的研发周期和节约成本，具有重要的实际应用价值。

技术研发人员：刘安敏,陈平,任雪峰
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2025/1/20