Synthesis and characterization of novel hybrid organic-inorganic materials

Abstract: Efterfrågan på bättre och mer hållbart material ökar. Mer effektivt material kommer att behövas för att möta den ökande, globala efterfrågan. Hybrida organiska-oorganiska material är en typ av material som har varit av stort intresse nyligen, och kan beskrivas som en typ av material som består av både organiska och oorganiska komponenter. Denna avhandling har fokuserat på hybrida organiska-oorganiska material inspirerade av den klassiska perovskitstrukturen ABX3, där komponent A är en organisk katjon, komponent B är en divalent metalkatjon och komponent X är en anjon. Hybrida organiska-oorganiska material som är utgår från den klassiska perovskitstrukturen kan ha olika funktionella egenskaper och en bred variation av tänkbara applikationer. Några exempel på dessa egenskaper och möjliga applikationer inkluderar god fotokonduktivitet för solceller, utmärkt emissionsegenskaper för ljusdioder och justerbara dielektriska egenskaper för elektroniska växlar och sensorer.  De fysiska egenskaperna av det hybrida organiska-oorganiska materialet beror på kristallstrukturen av materialet, som i sig bestäms av valet av komponenter. På grund av de många möjligheter av organiska och oorganiska komponenter så finns det möjlighet att syntetisera helt nya hybrida organiska-oorganiska föreningar som kan ha nya eller förbättrade fysiska egenskaper.  Nuvarande hybrida organiska-oorganiska material som utgår från perovskitstrukturen använder huvudsakligen bly som divalent metalkatjon, och det beror på att den ger den bästa funktionella effekten. Blys toxicitet är dock en stor nackdel för nuvarande blybaserade hybrid oorganiska material. Möjligheten att ersätta bly med en annan divalent metall har undersökts under detta projekt. I denna avhandling så har den organiska katjonen cyclohexylammonium (CHA) varit i fokus som den organiska komponenten. Målet med detta examensarbete var att designa, syntetisera och karakterisera nytt hybrid organisk-oorganiskt material. De hybrida organiska-oorganiska föreningarna CHAZnBr3 och (CHA)2ZnBr4 syntetiserades för den första gången, så vitt författaren vet, och kommer vara i fokus i denna avhandling. De två nya hybrida organiska-oorganiska föreningarna blev strukturellt karakteriserade med X-ray Diffraction (XRD) och termiskt karakteriserade med Thermal Gravimetric Analysis (TGA) och Differential Scanning Calorimetry (DSC).  Den första föreningen, CHAZnBr3, kunde bestämmas att vara ortorombisk vid 298 K. Föreningen bestämdes vara termisk stabil upp till 490 K, och genomgår en fasövergång vid 445 K. Den andra föreningen, (CHA)2ZnBr4, kunde inte bestämmas strukturellt vid varken 100 K eller 298 K. Föreningen bestämdes vara termisk stabil upp till 490 K, och genomgår en fasövergång vid 230 K. Ytterligare karakterisering krävs för att bättre förstå egenskaperna hos dessa föreningar och deras möjliga användningsområden.