Химики синтезировали перовскито-подобные твердые растворы с необычными свойствами

Сотрудничество исследователей из Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики», Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН и Национального исследовательского центра «Курчатовский Институт» позволило создать перспективные бессвинцовые светопоглощающие  полупроводниковые материалы на основе комплексных галогенидов висмута.

Соединения висмута рассматриваются в качестве альтернативных соединений для солнечных батарей и активно исследуются российскими и зарубежными учеными последние 5 лет. Результаты работы опубликованы в New Journal of Chemistry.

«В нашем исследовании мы получили новый гибридный галовисмутат, и при замене брома, входящего в его состав, на йод обнаружили непрерывный ряд твердых растворов. Обычно такая замена приводит к плавному изменению структурных и оптических свойств твердых растворов в соответствии с законом Вегарда. В полученном соединении существуют два вида атомов галогенов. Часть атомов галогенов связана с атомами висмута, образуя линейные цепи. Другая часть атомов галогенов расположена вне оси, вдоль которой построены все цепи. При замене брома на йод сначала меняются те атомы галогенов, которые находятся на оси с и только после полной замены этих атомов брома на йод начинается замещение остальных атомов брома. Т.е. происходит выборочная замена, которая приводит к значительным изменениям в структуре. При этом мы наблюдали необычный характер изменения отношения параметров структуры, а также спектральных свойств», – пояснил доктор химических наук, декан факультета химии НИУ ВШЭ, главный научный сотрудник Лаборатории синтеза функциональных материалов и переработки минерального сырья ИОНХ РАН Виталий Юрьевич Котов. 

Изменение окраски происходило в зависимости от соотношения заменяемого брома на йод. Соединение, содержащее только бром - желтое, а только йод – черного цвета. Данный переход идет через разные оттенки желтого, оранжевого и красного цвета. Для солнечной энергетики важно какой свет поглощает вещество. Если это можно регулировать, а в данном случае регуляция шла через изменение содержания галогенов (изменение брома на йод), то это становится инструментом, позволяющим подбирать светопоглощающее соединение с заданными оптическими свойствами. 

Перовскитные солнечные батареи — одна из самых многообещающих технологий в области возобновляемой энергетики. Такие элементы эффективно преобразуют свет в электричество, а их производство проще и дешевле, чем изготовление обычных солнечных панелей. Одним из их главных недостатков является наличие свинца, который может быть опасен для здоровья человека. Полученный химиками материал, обладающий необычными свойствам, свинец не содержит. 

Одним из авторов работы является аспирант 1 года обучения Буйкин Петр.

Буйкин Петр Алексеевич

Базовая кафедра неорганической химии и материаловедения Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН: аспирант

Эта работа была выполнена в рамках проведения моего аспирантского исследования по изучению структуры и свойств новых гибридных галовисмутатов. Ранее мы получили значительное число новых соединений висмута. Мы определили их кристаллическую структуру и оптические свойства. Используя методы квантовой химии, установили связь между структурой и оптическими свойствами. В будущем мы надеемся получить гибридные галовисмутаты со свойствами, которые позволят использовать их в качестве светопоглощающих материалов для солнечной энергетики. Мы хотим изучить возможности получения тонких пленок наиболее перспективных веществ на поверхности оксидных материалов, а также собрать солнечные ячейки на их основе.

Источник: Vitalii Yu. Kotov, Petr A. Buikin, Andrey B. Ilyukhin, Alexander A. Korlyukov and  Pavel V. Dorovatovskii. Synthesis and first-principles study of structural, electronic and optical properties of tetragonal hybrid halobismuthathes [Py2(XK)]2[Bi2Br10−xIx]. New J. Chem., 2021,45, 18349-18357. DOI  https://doi.org/10.1039/D1NJ02390J
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/nj/d1nj02390j