Preparación de materiales híbridos orgánicos-inorgánicos basados en halobismutatos de imidazolio

Abstract

[Resumen]: Este Trabajo de Fin de Máster se ha centrado en la búsqueda de nuevos materiales híbridos orgánicos-inorgánicos susceptibles de presentar interesantes propiedades funcionales. En concreto se han estudiado los compuestos (Me2Im)BiI4 (1) y (Me2Im)3Bi2I9 (2), (Me2Im= dimetilimidazol). Estos materiales cristalinos (1) y (2) se han preparado a partir de la mezcla de dos disoluciones del componente orgánico e inorgánico mediante un método de difusión lenta. Además, a partir de los materiales cristalinos, se ha conseguido preparar las correspondientes fases amorfas mediante un tratamiento térmico a 200ºC. Los materiales 1 y 2 y sus correspondientes fases amorfas se han caracterizado por diferentes técnicas: Caracterización morfológica: mediante técnicas de microscopía óptica de los compuestos 1 y 2. Caracterización estructural: mediante técnicas de difracción de rayos X de monocristal de 1 y 2, y de polvo cristalino de los cuatro compuestos obtenidos. Caracterización óptica: mediante la técnica de absorción de UV-Vis y cálculo del “band-gap” óptico. Caracterización térmica: mediante técnicas de análisis termogravimétrico (ATG) y calorimetría diferencial de barrido (DSC) de los compuestos 1 y 2. Caracterización termocrómica de todos los materiales objeto de estudio. Estudio de propiedades de transporte electrónico: mediante técnicas de espectroscopia de impedancias de los compuestos 1 y 2. Se ha conseguido determinar la estructura cristalina de los compuestos 1 y 2 mediante difracción de rayos X de monocristal. Desde el punto de vista estructural, la estructura cristalina del compuesto (Me2Im)BiI4 consiste en cadenas lineales aniónicas de iodobismutato del tipo [{Bi2I8}n]2n- y cationes de dimetilimidazolio (C5H9N2)+ intercalados entre las cadenas. Por su parte, el compuesto (Me2Im)3Bi2I9 es una especie iónica formada por cationes dimetilimidazolio (C5H9N2)+ y dímeros (Bi2I9)3-. Se ha observado que todos son compuestos termocrómicos. Además, los compuestos 1 y 2 presentan un “band-gap” adecuado y un comportamiento semiconductor, lo cual los hace potencialmente adecuados para aplicaciones fotovoltaicas.

[Abstract]: This master’s work has focused on the search of new organic-inorganic hybrid, which can display interesting functional properties. In particular, the (Me2Im)BiI4 (1) and (Me2Im)3Bi2I9 (2) compounds, (Me2Im = dimethylimidazole), were studied. These crystalline (1) and (2) materials have been prepared from the mixture of two solutions of the organic and inorganic component by a slow diffusion method. Furthermore, it has been possible to prepare the corresponding amorphous phases from the crystalline materials by a heat treatment at 200°C. The materials 1 and 2 and their corresponding amorphous phases have been characterized by different techniques: Morphological characterization: by optical microscopy techniques of compounds 1 and 2. Structural characterization: by means of single crystal X-ray diffraction (XRD) of 1 and 2, and powder XRD of the four obtained compounds. Optical characterization: through UV-Vis absorption and calculation of the optical “band-gap”. Thermal characterization: by techniques of thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) of compounds 1 and 2. Thermochromic characterization of all the studied materials. Study of electronic transport properties: using impedance spectroscopy of compounds 1 and 2. The crystalline structure of compounds 1 and 2 has been determined by single crystal X-ray diffraction. From the structural point of view, the crystalline structure of the (Me2Im)BiI4 compound consists of linear anionic chains of iodobismutate of the type [{Bi2I8}n]2n- and dimethylimidazolium cations (C5H9N2)+ intercalated between the anionic chains. The (Me2Im)3Bi2I9 compound is an ionic specie formed by dimethylimidazolium cations (C5H9N2)+ and dimers (Bi2I9)3-. It has been observed that all materials are thermochromic. In addition, the 1 and 2 compounds present an adequate “band-gap” and a semiconductor behavior, which makes them potentially suitable for photovoltaic applications.