Classic molecular compounds and emergent organic-inorganic hybrid perovskites with (multi) functional properties and (multi)stimuli responsiveness

Abstract

[Resumo] Esta Tese de Doutoramento céntrase no desenvolvemento de novos materiais (multi)funcionais e (multi)sensibles, baseados en híbridos orgánico-inorgánicos e compostos moleculares, onde a aplicación de diferentes estímulos externos (temperatura, presión isostática/uniaxial externa e/ou presión química interna) é capaz de inducir unha función específica nestes materiais. Ademais, este estudo trata de atopar novos precursores híbridos de materiais nanoestruturados de carbono. Estas son áreas importantes de investigación en Ciencia de Materiais por mor do potencial destes materiais para aplicacións tecnolóxicas e medioambientais, que están relacionadas coas súas propiedades funcionais como, por exemplo, piezoeletricidade, ferroeletricidade, ferromagnetismo, magnetorresistencia, supercondutividade, multiferroicidade, etc. Neste contexto, esta Tese de Doutoramento explora as propiedades funcionais nos novos compostos híbridos orgánico-inorgánicos de fórmula molecular [TPrA][M(dca)3] (M = Mn2+, Fe2+, Co2+ e Ni2+) e estrutura tipo perovskita; ademais de materiais moleculares coñecidos como o ferroceno, [Fe(C5H5)2], e o amino-borano (H3N·BH3). Estes estudos tamén revelaron efectos calóricos inducidos pola presión sobre o composto [TPrA][Mn(dca)3], o que demostra gran potencial para aplicacións en refrixeración de estado sólido. Finalmente, verificouse que os compostos [TPrA][M(dca)3] (M = Ni2+ e Co2+) son precursores versátiles para sintetizar nanotubos de carbono con nanopartículas magnéticas incorporadas, M@CNTs (M = Ni2+ e Co2+), usando un método sinxelo, escalable e accesible.

[Resumen] Esta Tesis Doctoral se centra en el desarrollo de nuevos materiales (multi)funcionales y (multi)sensitivos, basados en híbridos orgánico-inorgánicos y en compuestos moleculares, donde la aplicación de diferentes estímulos externos (temperatura, presión isostática/uniaxial externa y/o presión química interna) es capaz de inducir funcionalidades específicas en estos materiales. Además, este trabajo trata de buscar nuevos precursores híbridos de materiales nanoestructurados de carbono. Estas son importantes áreas de investigación en Ciencia de Materiales, debido al potencial tecnológico y las aplicaciones medioambientales de estos materiales. En este contexto, en esta Tesis Doctoral se han explorado las propiedades funcionales en los nuevos compuestos híbridos orgánico-inorgánicos de fórmula molecular [TPrA][M(dca)3] (M = Mn2+, Fe2+, Co2+ y Ni2+) y estructura tipo perovskita, algunos de los cuales se han sintetizado y/o descrito por primera vez. Además se han estudiado dos materiales moleculares muy conocidos, como son el ferroceno, [Fe(C5H5)2], y el amino-borano (H3N·BH3), en búsqueda de orden ferróico. Asimismo, estos estudios han revelado efectos calóricos inducidos por la presión en el compuesto [TPrA][Mn(dca)3], que muestra un gran potencial para aplicaciones de refrigeración en estado sólido. Finalmente, se ha encontrado que los compuestos [TPrA][M(dca)3] (M = Ni2+ y Co2+) son precursores muy versátiles para obtener nanotubos de carbono con nanopartículas magnéticas embebidas su interior, M@CNTs (Ni2+ y Co2+), mediante un método sencillo, escalable y económicamente accesible.

[Abstract] This Ph.D. Thesis focus on the development of new (multi)functional and (multi)stimuli responsive materials, based on organic-inorganic hybrids and molecular compounds, where the application of different stimuli (temperature, external isostatic/uniaxial pressure and/or internal chemical pressure) is able to induce specific functionalities in the materials. Moreover, this work aims to find new hybrid precursors for nanostructured carbon materials. These are important areas of research in Solid State and Materials Science in view of their technological potential and environmental applications. In this context, this Ph.D. Thesis has explored new functional properties on novel organic-inorganic hybrid materials with formula [TPrA][M(dca)3] (M = Mn2+, Fe2+, Co2+ and Ni2+) perovskite-like structure, some of which are synthesized and/or described for the first time. Also two very well-known molecular compounds, namely ferrocene, [Fe(C5H5)2], and ammonia-borane, (H3N·BH3), are investigated in the search for ferroic order. In addition, these studies have revealed pressure-induced caloric effects in the [TPrA][Mn(dca)3], which shows a promising potential for solid state cooling applications. Finally, the [TPrA][M(dca)3] (M = Ni2+ and Co2+) have been found to be very useful precursors in a simple, scalable and economical accessible synthetic method to obtain carbon nanotubes with magnetic nanoparticles embedded, M@CNTs (Ni2+ and Co2+).