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May 22, 2023

Investigando as propriedades físico-químicas, atributos estruturais e dinâmica molecular de

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 6133 (2023) Citar este artigo

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O conhecimento aprofundado das propriedades físico-químicas do híbrido orgânico-inorgânico [NH3(CH2)2NH3]2CdBr6 cuja estrutura corresponde à formulação [NH3(CH2)2NH3]2CdBr4· 2Br é essencial para sua aplicação em baterias, supercapacitores e células de combustível. Portanto, este estudo teve como objetivo determinar a estrutura cristalina, transição de fase, geometria estrutural e dinâmica molecular desses complexos. Considerando sua importância, um monocristal de [NH3(CH2)2NH3]2CdBr6 foi cultivado; a estrutura cristalina foi encontrada para ser monoclínica. As temperaturas de transição de fase foram determinadas como sendo 443, 487, 517 e 529 K, e o cristal era termicamente estável até 580 K. Além disso, os deslocamentos químicos de 1H, 13C, 14N e 113Cd NMR causados ​​pelo campo local ao redor do núcleo ressonante do cátion e do ânion variou com o aumento da temperatura, juntamente com os ambientes circundantes de seus átomos. Além disso, o tempo de relaxação spin-rede 1H T1ρ e 13C T1ρ, que representam a transferência de energia em torno dos átomos 1H e 13C do cátion, respectivamente, variaram significativamente com a temperatura. Consequentemente, mudanças na geometria de coordenação de Br em torno de Cd no ânion CdBr6 e no ambiente de coordenação em torno de N (no cátion) foram associadas a mudanças na ligação de hidrogênio N–H···Br. A geometria estrutural revelou informações críticas sobre o mecanismo básico de compostos híbridos orgânico-inorgânicos.

Compostos do tipo perovskita orgânico-inorgânico têm sido extensivamente estudados no campo da fotoeletrônica e amplamente aplicados em sistemas como células solares e dispositivos emissores de luz1,2,3,4,5,6. As propriedades físico-químicas e as transições de fase estrutural dos compostos orgânico-inorgânicos estão relacionadas com a sua estrutura e as interações entre cátions e ânions7. Avanços recentes no desenvolvimento de células solares baseadas em compostos híbridos orgânico-inorgânicos aumentaram a demanda por caracterização da dinâmica e estruturas de seus vários constituintes em relação ao seu impacto potencial8. Neste estudo, as propriedades mencionadas acima foram elucidadas.

Compostos orgânico-inorgânicos baseados em perovskitas de dimensão zero e bidimensionais [NH3(CH2)nNH3]BX4 (n = 2, 3, ∙∙∙; B = 55Mn, 59Co, 63Cu, 65Zn, 113Cd; X = Cl, Br) 9,10,11,12,13,14,15,16,17 e [CnH2n+1NH3]2BX412, 18,19,20 são interessantes devido à sua alta estabilidade térmica e amplo escopo de aplicação. Estudos sobre [NH3(CH2)nNH3]BX2X2', contendo diferentes íons halogênios, foram relatados por Abdel-Aal et al.21,22,23. Um grupo interessante de compostos híbridos inclui compostos em camadas do tipo perovskita contendo cátions e ânions metal-halogênio em camadas. As propriedades físicas desses compostos são atribuídas às ligações de hidrogênio N‒H···X, entre seus cátions e ânions13, 14, 24,25,26. A flexibilidade estrutural e as propriedades ópticas não lineares dessas perovskitas são atribuídas ao material orgânico, enquanto suas propriedades térmicas e mecânicas estão relacionadas ao material inorgânico27, 28. Esses compostos são atraentes por causa de suas diversas estruturas cristalinas e transições de fase, que se correlacionam com seus dinâmica estrutural catiônica e aniônica.

Os cristais de [NH3(CH2)2NH3]2CdBr6, ou seja, [NH3(CH2)2NH3]2CdBr4·2Br, semelhantes aos compostos mencionados acima, foram cultivados, e a estrutura deste monocristal e estudos de ressonância quadrupolo nuclear (NQR) de 79Br e 81Br foram relatados por Krishnan et al.29. A estrutura a 300 K foi relatada como monoclínica, grupo espacial P21/m com as constantes de rede a = 6,69 Å, b = 20,50 Å, c = 6,37 Å, β = 93,4° e Z = 4. Os dois N(1) e N(2) átomos do cátion [NH3(CH2)2NH3] eram cristalograficamente inequivalentes. Embora o experimento do espectro NQR 79,81Br de acordo com a mudança de temperatura e a estrutura cristalina a 300 K tenha sido relatado, o espectro de ressonância magnética nuclear (NMR) e o experimento de tempo de relaxação da rede de spin para outros núcleos não foram realizados.