Modeliranje kristalnih struktura i svojstava dvodimenzionalnih hibridnih halogenidnih perovskita

doctoral thesis

• Title (english): Modelling crystal structures and properties of two-dimensional hybrid halide perovskites
• Author: Juraj Ovčar
• Mentor: Ivor Lončarić (mentor)
• Committee member: Ivan Kupčić (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Ivor Lončarić (član povjerenstva)
• Committee member: Mihael Srđan Grbić (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Science; (Department of Physics); Zagreb
• Defense date and country: 2023-09-20, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: NATURAL SCIENCES; Physics
• Universal decimal classification (UDC): 53 - Physics

Abstract

Kvazi-dvodimenzionalni hibridni halogenidni perovskiti (Q2DP) su klasa materijala slojevite kristalne strukture: sastoje se od anorganskih perovskitnih slojeva međusobno povezanih organskim kationima. Uz različite elemente koji mogu sačinjavati anorganski sloj, za organske razmaknice Q2DP materijala je moguće odabrati velik broj kompleksnih organskih liganada; time je omogućeno ciljano ugađanje željenih fizikalnih svojstava. S obzirom na spektar mogućih kemijskih kompozicija, sistematično koreliranje kristalnih struktura i fizikalnih svojstava te njihovo predviđanje je netrivijalan zadatak. Poznavanje kristalne strukture materijala polazišna je točka za proračune i razumijevanje fizikalnih svojstava materijala; stoga smo razvili metodu predviđanja kristalnih struktura Q2DP materijala za dani kemijski sastav. Metoda se zasniva na varijanti algoritma skakutanja po minimumima, gdje se ploha potencijalne energije pretražuje naizmjeničnim simulacijama molekularne dinamike i lokalnim relaksacijama. Za zadani kemijski sastav modeliramo klasični potencijal, pronalazimo globalni minimum te pronađenu strukturu relaksiramo koristeći proračun u okviru teorije funkcionala gustoće. Nakon validacije razvijene metode, pokazujemo njenu primjenu u predviđanju strukture miješanog halogenidnog sastava. Jedna od glavnih prepreka prema izradi uređaja baziranih na Q2DP materijalima je nedovoljna stabilnost materijala pri izlaganju kisiku, vlazi, toplini i svjetlosti, uz napomenu da su Q2DP materijali Dion-Jacobson (DJ) tipa značajno stabilniji od Ruddlesden-Popper (RP) tipa. Dajemo hipotezu mehanizma fotodegradacije koja razjašnjava opaženi trend (ne)stabilnosti RP i DJ materijala: DJ materijali pokazuju veću stabilnost u odnosu na RP materijal jer je za neutralizaciju njihovih kationa potrebna dvostruka deprotonacija, značajno manje vjerojatan događaj od jednostruke deprotonacije potrebne za neutralizaciju kationa u RP perovskitima.

Abstract (english)

In this thesis, we are modelling crystal structures and properties of quasi-two-dimensional hy brid halide perovskites (Q2DPs), a class of layered materials that consist of alternating layers of organic cations (called organic spacers) and inorganic layers which crystallize in a perovskite structure. There are two large subclasses of Q2DPs that we will be considering in this thesis: (1) Ruddlesden-Popper (RP) perovskites; (2) Dion-Jacobson (DJ) perovskites. From the point of view of chemical composition, these subclasses differ only by the charge of the organic spacers: for RP perovskites, this charge is +1, while for DJ perovskites the spacer charge is +2.

• Keywords: kvazi-dvodimenzionalni hibridni halogenidni perovskiti; teorija funkcionala gustoće; klasični potencijali; globalna optimizacija; fotodegradacija
• Keywords (english): two-dimensional hybrid halide perovskites; density functional theory; classical potentials; global optimization; photodegradat
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:217:522726
• Promotion: 2023
• Project: Number: PZS-2019-02-2068; Title: 2D i kvazi-2D perovskiti: od ciljanog strukturnog dizajna do poboljšane učinkovitosti i stabilnosti; Title: Exploring halide 2D and quasi-2D perovskites: from rational structural design to enhanced efficiency and stability; Leader: Željko Skoko; Jurisdiction: Croatia; Funder: HRZZ; Funding stream: PZS
• Study programme: Title: Doctoral study; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti u području prirodnih znanosti (doktor/doktorica znanosti u području prirodnih znanosti)
• Type of resource: Text
• Extent: XIV, 139 str.
• File origin: Born digital
• Access conditions: Embargoed access; Embargo expiration date: 2024-09-19
• Created on: 2023-11-21 13:59:18