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Haluro de metilamonio y plomo

Estructura cristalina de [CH 3 NH 3 ]PbX 3. [1]

Los haluros de metilamonio y plomo (MALHs) son compuestos sólidos con estructura de perovskita y una fórmula química de [CH 3 NH 3 ] + Pb 2+ (X − ) 3 , donde X = Cl , Br o I . Tienen aplicaciones potenciales en células solares , [2] láseres , diodos emisores de luz , fotodetectores , detectores de radiación , [3] [4] centelleadores , [5] almacenamiento de datos magneto-ópticos [6] y producción de hidrógeno . [7]


Propiedades y síntesis

Los primeros MALH que se sintetizaron fueron los derivados de metilamonio [CH 3 NH 3 ]SnX 3 y [CH 3 NH 3 ]PbX 3 . Su potencial en el área de conversión de energía no se comprendió hasta décadas después. [8] En la estructura cristalina cúbica [CH 3 NH 3 ]PbX 3 el catión metilamonio ( [CH 3 NH 3 ] + ) está rodeado por octaedros PbX 6 . Los iones X no están fijos y pueden migrar a través del cristal con una energía de activación de 0,6 eV; la migración está asistida por vacantes. [1] Los cationes metilamonio pueden rotar dentro de sus jaulas. A temperatura ambiente, los iones tienen el eje CN alineado hacia las direcciones de las caras de las celdas unitarias y las moléculas cambian aleatoriamente a otra de las seis direcciones de las caras en una escala de tiempo de 3 ps. [9]

Crecimiento de un monocristal de [CH 3 NH 3 ]PbI 3 en gamma-butirolactona a 110 °C. El color amarillo se origina a partir del precursor yoduro de plomo (II) . [7]
Crecimiento de un monocristal de [CH 3 NH 3 ]PbBr 3 en dimetilformamida a 80 °C. [7]

La solubilidad de los MALH disminuye considerablemente con el aumento de la temperatura: de 0,8 g/ml a 20 °C a 0,3 g/ml a 80 °C para [CH 3 NH 3 ]PbBr 3 en dimetilformamida. Esta propiedad se utiliza en el crecimiento de monocristales y películas de MALH a partir de una solución, utilizando una mezcla de polvos de [CH 3 NH 3 ]X y PbX 2 como precursor. Las velocidades de crecimiento son de 3 a 20 mm 3 /hora para [CH 3 NH 3 ]PbI 3 y alcanzan los 38 mm 3 /hora para los cristales de [CH 3 NH 3 ]PbBr 3. [7]

Los cristales resultantes son metaestables y se disuelven en la solución de crecimiento cuando se enfrían a temperatura ambiente. Tienen intervalos de banda de 2,18 eV para [CH 3 NH 3 ]PbBr 3 y 1,51 eV para [CH 3 NH 3 ]PbI 3 , mientras que sus respectivas movilidades de portadores son 24 y 67 cm 2 /(V·s). [7] Su conductividad térmica es excepcionalmente baja, ~0,5 W/(K·m) a temperatura ambiente para [CH 3 NH 3 ]PbI 3 . [10]


La descomposición térmica de [CH 3 NH 3 ]PbI 3 produce yoduro de metilo ( CH 3 I ) y amoníaco ( NH 3 ). [11] [12]

[ CH3NH3 ] PbI3 → PbI2 + CH3I + NH3​​

Aplicaciones

Los MALH tienen aplicaciones potenciales en células solares , láseres , [13] diodos emisores de luz , fotodetectores , detectores de radiación, [4] centelleadores [5] y producción de hidrógeno. [7] La ​​eficiencia de conversión de energía de las células solares MALH supera el 19%. [14] [15]

Referencias históricas

Véase también

Referencias

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Haluros de metilamonio y plomo .
  1. ^ ab Eames, Christopher; Frost, Jarvist M.; Barnes, Piers RF; o'Regan, Brian C.; Walsh, Aron; Islam, M. Saiful (2015). "Transporte iónico en células solares híbridas de perovskita de yoduro de plomo". Nature Communications . 6 : 7497. Bibcode :2015NatCo...6.7497E. doi :10.1038/ncomms8497. PMC 4491179 . PMID  26105623. 
  2. ^ Kojima, Akihiro; Teshima, Kenjiro; Shirai, Yasuo; Miyasaka, Tsutomu (6 de mayo de 2009). "Perovskitas de haluros organometálicos como sensibilizadores de luz visible para células fotovoltaicas". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 131 (17): 6050–6051. doi :10.1021/ja809598r. ISSN  0002-7863. PMID  19366264.
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