ONE, TWO, MANY NANOCRYSTALS: CHARACTERIZING LEAD HALIDE NANOSTRUCTURES FROM SINGLEPARTICELES TO BULK

Abstract

Negli ultimi decenni la chimica colloidale ha prodotto una crescente varietà di nanostrutture inorganiche con proprietà variegate e finemente regolabili, che possono essere ottimizzate per diverse applicazioni. Tuttavia, questa varietà complica la caratterizzazione strutturale dei nanomateriali, le cui piccole dimensioni e l’intrinseca complessità impongono limitazioni tecniche. Questa Tesi ha come obiettivo quello di affrontare tali sfide proponendo nuovi approcci per caratterizzare e descrivere la struttura dei nanomateriali, approcci che sono qui applicati su nanostrutture di semiconduttori piombo-alogeno. Questi materiali sono molto studiati per le loro interessanti proprietà e per la diversità strutturale che esprimono alla nanoscala, e per questo offrono molti interrogativi scientifici. Sono qui discussi quattro casi studio, ciascuno caratterizzato da una crescente complessità. I) La scoperta di nuovi calcoalogenuri di piombo sotto forma di nanocristalli è sfruttata per sperimentare strategie di soluzione strutturale per nanomateriali inorganici basate sull’utilizzo combinato di tecniche di diffrazione a raggi X ed elettroniche. Sono proposte linee guida per ogni fase del processo di soluzione strutturale, dalla determinazione della stechiometria, all’indicizzazione della cella, fino al raffinamento della struttura. II) Viene discusso come le trasformazioni chimiche tra nanocristalli di alogenuri di piombo-cesio prevedano la formazione di dimeri epitassiali come intermedi di reazione, la cui formazione dipende da specifiche relazioni strutturali. Sulla base di questa scoperta, si dimostra che la formazione di eterostrutture epitassiali tra perovskiti e calcoalogenuri può essere sfruttata efficacemente per indirizzare la sintesi fase-selettiva di nanocristalli colloidali. III) Viene proposto un nuovo metodo per caratterizzare la struttura di solidi formati da nanocristalli auto-assemblati, qui dimostrato su superreticoli di nanocristalli di perovskiti piombo-alogeno. Tale metodo si basa su tecniche di diffrazione sviluppate per film sottili multistrato cresciuti tramite metodi fisici, e sfrutta l'analisi di fenomeni di interferenza collettiva nella regione ad alti angoli del diffrattogramma a raggi X del campione. IV) Campioni microcristallini di perovskiti Ruddlesden-Popper, che sono alogenuri ibridi composti da strati organici e inorganici nanoscopici ordinatamente impilati, sono studiati tramite un'analisi geometrica dei loro parametri di cella per determinare come alogenuri diversi si dispongano disomogeneamente all'interno della struttura cristallina del materiale.