《Solid-State Electronics》：Design, Synthesis, and Optoelectronic Characterization of a Novel Cu(II) Complex-Based Photodiode with Prof. Dr. Yakuphanoglu’s Advanced Fytronix Solar Simulator Characterization Techniques
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铜配合物[CuLCl2]的合成及其在光电器件中的应用研究，通过X射线晶体学确认其单斜结构及铜离子的四方锥配位，结合FT-IR、质谱和电化学分析验证其组成与结构，制备基于该配合物的光敏二极管，测试显示在80mW/cm2光照下responsivity为2.9 mA/W，detectability达1.95×10^13 Jones，器件具有稳定快速的光响应特性。
Aysegul Dere | Digdem Erdener | Mesut Yalcin | Nam?k ?zdemir | Osman Dayan | Shehab Mansour | Fahrettin Yakuphanoglu
土耳其埃拉泽格市Firat大学技术科学职业学院电气与能源系，邮编23100
摘要
本研究合成了一个含有吡啶-2,6-二羧酰胺（L）和两个氯配体的Cu(II)配合物[CuLCl2]，该配合物通过CuCl2·2H2O与吡啶-2,6-二羧酰胺在甲醇中的反应制得，并对其进行了光电应用方面的研究。X射线晶体学证实了该配合物的单斜晶体结构以及Cu(II)离子周围呈正四面体几何形态。进一步的研究采用了傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、质谱和电化学分析方法。此外，还通过将Cu(II)配合物作为一层沉积在p型硅基底上来制备了光子器件，并在不同光照强度下对其电学和光学性能进行了测试。电流-电压（I-V）特性表明，该光电二极管在光照下能够产生显著的光电流，且表现出稳定快速的光响应。在80 mW/cm2的光照强度下，光电二极管的响应度（R）和检测灵敏度（D*）分别为2.9 mA/W和1.95 × 10^13 Jones。时间依赖性的光响应和检测分析证明了该二极管在光开关循环下的稳定性。
引言
金属有机化合物因其优异的物理和化学性质而被广泛用于光电子器件中[1]。当前的研究重点是利用金属有机材料开发光电子器件，以探究界面处电荷相互作用对这些器件整体性能的影响[[1], [2], [3]]。金属有机化合物因其出色的化学稳定性和光电特性而受到关注，使其非常适合用于光传感器和光电器件[[4], [5], [6], [7], [8]]。铜（Cu）是一种被广泛研究的金属，常用于各种器件中[[9], [10], [11]]。含有铜的化合物因其成本效益高、易于获取且安全性好而备受重视。近期有大量关于铜配合物在药物化学[[12], [13], [14]]、光子学[[11,15]]和催化[[16], [17], [18], [19]]领域应用的报道。这些由氮和氧供体有机配体形成的配合物能够精细调节金属离子的立体结构和电子性质，从而实现多种功能[20,21]。例如，研究人员开发了含有氮基配体的铜配合物以提升OLED的性能，使其更加明亮和节能[22]。铜配合物还被用于开发能够高效将阳光转化为电能的光伏电池，从而推动更可持续的能源解决方案[23,24]。然而，关于铜配合物在光敏系统（如光电探测器）中的应用的研究相对较少。
本研究合成了一个简单的Cu(II)配合物，其中包含吡啶-2,6-二羧酰胺和两个氯配体。随后我们利用理论和光谱方法对其结构进行了分析，并研究了由此配合物制备的光电二极管的光学和电学性能。图1展示了我们合成[CuLCl2]的实验流程。
实验部分
试剂和溶剂均从商业供应商处购买，无需进一步纯化即可使用。吡啶-2,6-二羧酰胺（L）的合成方法参照了文献中的描述[25]。熔点测量使用了Stuart SMP10数字熔点仪。红外光谱的检测采用了配备ATR附件的PerkinElmer Spectrum One FTIR系统。质谱数据由Shimadzu LC/MS 8040光谱仪获得，测量范围为100–2000 m/z。
合成与表征
[CuLCl2]是通过将吡啶-2,6-二羧酰胺与CuCl2·2H2O在甲醇中回流条件下反应制备得到的。反应过程如图1所示。随后通过扫描X射线晶体学（sc-XRD）、碳氢氮（C,H,N）分析、质谱（MS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和循环伏安法（CV）对该配合物进行了表征。为了确认吡啶-2,6-二羧酰胺配体与Cu(II)离子的配位情况并确定其特征官能团，将合成的[CuLCl2]配合物的红外光谱与游离配体的红外光谱进行了比较。
结论
新合成的Cu(II)配合物[CuLCl2]含有吡啶-2,6-二羧酰胺（L）和两个氯配体，且产率良好。研究证实了其在光电子器件中的应用潜力。X射线晶体学分析表明，该配合物具有单斜晶体结构，Cu(II)离子周围呈现正四面体排列。循环伏安图揭示了Cu(II)/Cu(I)离子对的氧化还原活性。通过沉积[CuLCl2]制备的光子器件也展示了良好的性能。
CRediT作者贡献声明
Aysegul Dere： 数据整理、概念构建。
Digdem Erdener： 实验研究、数据分析。
Mesut Yalcin： 方法设计、概念构建。
Nam?k ?zdemir： 方法设计、概念构建。
Osman Dayan： 实验研究、数据整理。
Shehab Mansour： 原稿撰写、方法设计、实验研究、概念构建。
Fahrettin Yakuphanoglu： 原稿撰写、指导监督。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了
?anakkale Onsekiz Mart大学科研项目组（项目编号：FBA-2024-4600）和
Firat大学科研项目组（项目编号：ADEP.24.19）的支持。同时，该研究还得到了沙特阿拉伯
King Faisal大学研究生教育与科研办公室的资助（资助编号：KFU250878）。
资助信息
沙特阿拉伯
King Faisal大学研究生教育与科研办公室提供了资金支持。
