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Disertación de Maestría
DOI
https://doi.org/10.11606/D.75.2024.tde-17072024-083806
Documento
Autor
Nombre completo
Guilherme Kazuo Inui
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Carlos, 2024
Director
Tribunal
Silva, Juarez Lopes Ferreira da (Presidente)
Caldas, Marilia Junqueira
Oliveira, Caio Costa
Título en portugués
Perovskitas híbridas com moléculas orgânicas quirais: um estudo Ab initio das propriedades físico-químicas
Palabras clave en portugués
alinhamento de bandas
DFT
perovskita quiral
propriedades fisico-químicas
Resumen en portugués
A incorporação de moléculas quirais em materiais baseados em perovskitas híbridas abriu novos caminhos para ajustar as propriedades optoeletrônicas dessas perovskitas por meio da transferência de quiralidade para a estrutura inorgânica. No entanto, ainda há uma lacuna na compreensão da interação em escala atômica entre moléculas quirais e a composição química que contribuem na melhora das propriedades físico-químicas desses materiais. Neste estudo, utilizamos a teoria do funcional de densidade para investigar as propriedades estruturais e eletrônicas de perovskitas quirais (R-/S-NEA)2BX4 (R-/S-NEA = R-/S-1-(1-Naftil)etilamônio, onde B = Ge, Sn, Pb, X = Cl, Br, I). Constatamos que os enantiômeros R e S e os modelos de cristais tridimensionais e slabs da estrutura Ruddlesden-Popper têm diferenças mínimas nas constantes de rede, parâmetros estruturais locais e propriedades eletrônicas. No entanto, os enantiômeros diferentes resultam em orientações opostas de inclinação octaédrica, decorrentes da transferência de quiralidade para a estrutura inorgânica, e, também, uma consequência da substituição da eletronegatividade do halogênio. Essa transferência também é evidente nos efeitos de acoplamento spin-órbita de RashbaDresselhaus na estrutura eletrônica. Além disso, demonstramos que as diferenças nos band gap são principalmente governadas pelos níveis de energia atômica naturais dos elementos inorgânicos, enquanto as moléculas orgânicas desempenham um papel crucial no controle do potencial iônico e afinidade eletrônica para sistemas com átomos leves. Os valores de band gap variam de 1,91 eV a 3,77 eV, apontando para o potencial de design de materiais optoeletrônicos avançados.
Título en inglés
Hybrid perovskites with chiral organic molecules: an Ab initio study of physicochemical properties
Palabras clave en inglés
band offsets
chiral perovskites
DFT
physicochemical properties
Resumen en inglés
The incorporation of chiral molecules into hybrid perovskite-based materials has paved the way for tailoring the optoelectronic properties of these perovskites through chirality transfer to the inorganic framework. However, there remains a gap in understanding the atomic-scale interaction between chiral molecules and the chemical composition driving the physicochemical properties of these materials. In this study, we employ density functional theory to investigate the structural and electronic properties of chiral perovskites (R-/S-NEA)2BX4 (R-/S-NEA = R-/S-1-(1-Naphthyl)ethylammonium, where B = Ge, Sn, Pb, X = Cl, Br, I). We find that R- and S-enantiomers and 3D bulk and slab models of the RuddlesdenPopper structure exhibit minimal differences in lattice constants, local structural parameters, and electronic properties. However, different enantiomers lead to opposite orientations of octahedral tilting due to chirality transfer to the inorganic framework, a consequence of halide electronegativity substitution. This transfer is also evident in RashbaDresselhaus spin-orbit coupling effects on the electronic band structure. Additionally, we demonstrate that differences in band gap are primarily governed by the natural atomic energy levels of inorganic elements, while organic molecules play a crucial role in controlling ionic potential and electron affinity for systems with light atoms. Band gap values range from 1,91 eV to 3,77 eV, pointing to the potential for designing advanced optoelectronic materials.
 
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Fecha de Publicación
2024-07-19
 
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