Etude des propriétés structurales, optiques et de la structure de bandes électroniques dans des halogénures de Plomb organiques : ABTPbCI3 et (Mélamine) PbCI4

Structural, optical and electronic band structure study of organic lead halides : ABTPbCl3 and (Melamine) PbCl4

• Auteur / Autrice : Olfa Medhioub
• Direction : Smaïl Triki, Younes Abid
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie moléculaire et macromoléculaire
• Date : Soutenance le 21/12/2020
• Etablissement(s) : Brest en cotutelle avec Université de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 3m
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie, électrochimie moléculaires et chimie analytique (Brest, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Samir Guermazi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Smaïl Triki, Younes Abid, Samir Guermazi, Mohamed Koubaa, Adnane Mlayah, Kamel Boukheddaden
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mohamed Koubaa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plomb -- Composés

Photoluminescence

Structure

Matériaux hybrides

Mots clés libres

Matériaux hybrides organiques-inorganiques

Photoluminescence

Exciton de transfert de charge

Auto-piégeage

Transfert d’énergie résonant

Organic-inorganic hybrid materials

Photoluminescence

Charge transfer exciton

Self-trapping

Resonant energy transfer

Résumé

Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit portent sur l’étude des propriétés structurales et optiques de deux matériaux hybrides organiques-inorganiques à base de Plomb. Le premier matériau est de formule (C7H7N2S)[PbCl3]. Sa structure cristalline est constituée de doubles chaines [PbCl3]nn-, entourées par des cations organiques ABT.H+. La densité d'état partielle montre que le composé hybride a un alignement des niveaux électroniques de type-II. Sous une excitation UV, le composé présente une émission bleuâtre centrée à 483 nm attribuées aux excitons de transfert de charge, qui ont une durée de vie de 5.64 ns. La dynamique des porteurs est étudiée en mesurant les spectres de luminescence en fonction de la température. Le deuxième composé est de formule (C3H8N6)[PbCl4]. Sa structure cristalline est caractérisée par un empilement en alternance entre les couches formées par les cations organiques (Mélamine.2H)2+ et les feuillets inorganiques PbCl42-. Des calculs de la structure de bande électronique montrent l'apparition de bandes supplémentaires à l'intérieur de la bande interdite du matériau hybride à cause d’un mécanisme de transfert d’énergie résonant. Sous excitation UV, le spectre de photoluminescence présente une émission très intense quasi blanche. En plus des excitons inorganiques de Wannier (328 nm) et des excitons organiques singlets (470 nm), le diagramme d'énergie implique des exciton auto-piégés (500 nm), ainsi que des excitons organiques triplets (555 et 595 nm).

The research presented in this manuscript focuses on the structural and optical properties of two organic-inorganic hybrid materials based on lead halide. The first hybrid is of formula (C7H7N2S)[PbCl3]. Its structure consists of double chains [PbCl3]nn-, surrounded by organic cations of ABT.H+. The density of states calculations demonstrate that ABTPbCl3 has a type-II band alignment. Under UV excitation, the photoluminescence spectrum of ABTPbCl3 shows a band emission centered at 483 nm attributed to charge transfer excitons, which have a lifetime of 5.64 ns. The carrier dynamics is investigated by measuring the luminescence spectra as a function of temperature. The second compound is of formula (C3H8N6)[PbCl4]. Its crystal structure is characterized by an alternating stack between the layers formed by the organic (Mélamine.2H)2+ cations and the inorganic sheets PbCl42- . The density of states calculations shows the appearance of additional bands within the band gap of the hybrid material due to a resonant energy transfer. Under UV excitation, this material shows an intense quasi white light emission. In addition to the inorganic Wannier excitons (328 nm) and the singlet organic excitons (470 nm), the energy diagram describing the absorption and emission processes involves a self-trapped exciton characteristic of the highly distorted PbCl6 octahedron layers (500 nm), as well as triplet organic excitons (555 and 595 nm).