Naphthalenediimide/Iodobismuthate Hybrid Heterostructures: Water Resistance and Long-Lived Charge-Separated States

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作者
Shu‐Quan Zhang,Hua Fang,Fuhai Chen,Mei‐Jin Lin
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:62 (48): 19706-19719 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.3c03099
摘要

Organic–inorganic hybrid iodobismuthate perovskites have become promising semiconductive materials for their environmentally friendly and light-harvesting characteristics. However, their low-dimensional bismuth-iodide skeletons result in poor charge-separation efficiency, limiting their application in optoelectronic devices. To address this issue, the donor–acceptor (D–A) heterostructures have been introduced to the iodobismuthate hybrid materials by incorporating an electron-deficient N,N′-bis(4-aminoethyl)-1,4,5,8-naphthalene diimide (NDIEA) as the electron acceptor and organic counterpart. Five naphthalenediimide/iodobismuthate hybrid heterostructures, named (H2NDIEA)1.5·Bi2I9·3DMF (1), H2NDIEA·[Bi2I8(DMF)2]·2DMF (2), (H2NDIEA)2·Bi4I16·2H2O·4MeOH (3), (H2NDIEA)2·Bi4I16·8H2O (4), and [(H2NDIEA)2·Bi6I22]n·4nH2O (5) (DMF = N,N-dimethylformamide), were synthesized. Their crystal structures, water stabilities, charge-separated behaviors, and electrical properties have been studied through experimental and computational investigations. The results revealed that hybrids 3–5 exhibited high water resistance attributed to their tightly packed structures and robust H-bonds between solvent molecules and organic–inorganic supramolecular frameworks. Density functional theory calculations confirmed characteristic type-IIa band alignments of all the five hybrids, facilitating to the photoinduced charge separation. Moreover, the closer contact caused by the strong anion−π interactions between electron donors and acceptors in hybrid 5 leads to the long-lived charge-separated states and improved electrical properties compared to the other hybrids.
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