Document

Synthesis and characterization of micro- and nanostructures of Di-substituted Tris (8-quinolinolato) aluminum, gallium(III), and indium(III) complexes for optoelectronic applications.

Other titles
تحضير وتوصيف معقدات متناهية الصغر ونانوية ل ثلاثي(5 ، 7 ثنائي الارتباط -8-هيدروكسي كينولين) معدن ثلاثي التأكسد ألومنيوم، جاليوم ، انديوم للتطبيقات الالكترونية الضوئية
Publisher
Sultan Qaboos University.
Gregorian
2023
Language
English
English abstract
The 5,7-diphenyl-8-hydroxyquinoline (5,7-Phq) ligand was successfully synthesized via Suzuki cross-coupling reaction before the synthesis of the tris(5,7-diphenyl-8- quinolinolato) metal(III) [M(5,7-Phq)3; M = Al, Ga, or In] complexes. In addition, tris(5,7- dibromo-8-quinolinolato) metal(III), M(5,7-Brq)3 complexes were successfully synthesized. All the synthesized complexes were characterized using a variety of analytical techniques. The molecular structures of the 5,7-Phq ligand and the In(5,7-Phq)3 complex were confirmed using single-crystal X-ray crystallography. The X-ray structure of the In complex indicates that the three 5,7-Phq ligands are arranged in a meridional configuration about the central metal In3+ ion, and the complex is distorted from ideal octahedral geometry. The effect of the central metal ion on the structural, photoluminescence, thermal, and electrochemical properties of the synthesized complexes has been investigated. Moreover, the influence of the substituents (phenyl group or bromine atom) on the photophysical properties of the complexes was investigated. It is found that the electronic nature of the substituent is the main reason for the redshift or blueshift of the maximum wavelength of UV-visible absorption and emission compared to that of the parent unsubstituted Mq3. The FT-IR spectroscopic analysis confirms the formation of the complexes through the existence of the stretching vibrations of the M‒ O, and M‒N bonds in the spectra. The TGA and DSC results show that the complexes are thermally stable, degrade in several stages, and decompose at higher temperatures than the unsubstituted Mq3 compounds. The decrease in the relative fluorescence efficiency from Al to Ga and In complexes is attributed to the heavy atom effect. The band gap energies (𝐸𝑔 𝑜𝑝𝑡) determined from the Tauc plot method are smaller in both series of complexes than those determined from cyclic voltammetry. The structural analysis of the obtained M(5,7-Brq)3 nanomaterials using the physical vapor deposition method shows that the products are flower and grass-like crystals dominated by nanotubes or nanosheets, while the obtained M(5,7-Phq)3 nanomaterials using the surfactant-assisted microemulsion method, the anti-solvent diffusion method, and the extremely facile solution method are spherical-like or rod-like crystals. The difference in the nanomaterials produced by different fabrication methods may be related to the different growth mechanisms. The FT-IR spectra reveal that no significant bonding change occurs in molecules after the nanofabrication process. The PL spectra show that the PL intensity of M(5,7-Phq)3 microstructures is significantly higher than that of bulk material thin films due to the high crystallinity and large surface area. The PL decay curves show that the microstructured M(5,7-Phq)3 thin films have a lower average lifetime than those of bulk material thin films. The results show that the decays fit a bi-exponential model with two lifetimes (τ1 and τ2). The PL microscopy images of the synthesized micro- and nanostructures confirm the green luminescence of the products when illuminated under light (Ex = 490-500 nm, YFPHQ filter) and show optical waveguiding property. These micro- and nanostructures are promising materials for optoelectronic nanodevices.
Arabic abstract
تم تحضير بنجاح للمرتبط 5 ، 7 ثنائي الفينيل-8-هيدروكسي كينولين بنجاح عبر تفاعل سيزوكي اقتران متقاطع قبل تحضير مجموعة معقدات ثلاثي)5 ، 7 ثنائي الفينيل-8-هيدروكسي كينولين( معدن ثلاثي التأكسد يمثل ألومنيوم، جاليوم ، انديوم. بالاضافة الى ذلك تم تحضير بنجاح لمجموعة أخرى من مجموعة معقدات فلزية عضوية ثلاثي)5 ، 7 ثنائي البروم-8-هيدروكسي كينولين( معدن ثلاثي التأكسد يمثل ألومنيوم، جاليوم ،انديوم. تم نوصيف وتحليل جميع المعقدات المحضرة باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات التحليلية. تم البرهة على الهياكل الجزيئية للمرتبط ولمعقد الانديوم باستخدام علم البلور ات بالاشعة السينية أحادية البلورة. يشير هيكل الاشعة السينية لمعقد الانديوم الى أن الروابط الثلاثية للمرتبط مرتبة حول معدن الانديوم الموجود في المركز وان المعقد مشوه عن الشكل الهندسي المثمن السطوح المثالي. تم دراسة تأثير أيون المعدن المركزي على الخصائص التركيبية والتاللئة الضوئية والحرارية والكهروكيميائية للمركبات المحضرة. عالوة على ذلك، تم دراسة تأثير البدائل )مجموعة الفينيل أو ذرة البروم( على الخصائص الفيزيائية الضوئية للمركبات المحضرة. لقد وجد أن الطبيعة الالكترونية للبديل هي السبب الرئيس لالنزياح الاحمر او الانزياح الازرق للحد الاقصى لطول الموجة المتصاص وانبعاث الاشعة فوق السينية المرئية مقارنة بالطول الاصلي للمعقدات الاصلية الخالية من البدائل. يؤكد التحليل الطيفي لالشعة تحت الحمراء على تشكيل المعقدات الفلزية العضوية من خالل وجود الروابط التناسقية بين المعدن وذرة النيتروجين وبين المعدن وذرة الاكسجين. تظهر نتائج التحليل الحراري ان المعقدات مستقرد حراريا وتتحلل في عدة مراحل، وتتحلل في درجات حرارة أعلى من المركبات الاصلية المناظرة لها. يعزي الانخفاض في كفاءة التألق النسبية من معقد الالومنيوم الى معقد الجاليوم الى معقد الانديوم الى تأثير الذرة الثقيل. طاقات قجوة النطاق المحددة من طريقة الرسم البياني تاك أصغرفي كل سلسلة من محموعة المعقدات من تلك المحددة عن طريق فولتية الدوري الكهروكيميائي. يوضح التحليل الهيكلي للمواد النانوية من معقدات البروم التي تم الحصول عليها بطريقة ترسيب البخار الفيزيائي أن المعقدات تم تشكيلها لبلورات شبيهة بالزهور والعشب، وتهيمن عليها الانابين او الصفائح النانوية، بينما تم الحصول على معقدات الفينيل متناهية الصغر باستخدام طريقة الاستحالب الدقيق باستخدام الفاعالت وطريقة الانتشار للمحاليل غير المذيبة وطريقة المحلول السهل للغاية النتاج بلورات كروية او شبيهة بالقضبان. قد يكون الاختالف في المواد النانوية التي تنتجها طرق التصنيع المختلفة مرتبطة بآليات النمو المختلفة لهذه المواد. يكشف التحليل الطيفي أنه ال يحدث تغير يذكر في الترابط بين الجزيئات بعد عملية التصنيع النانوي. تظهر الاطياف الضوئية أن الكثافة الضوئية للبني المجهرية لمعقدات الفينيل أعلى بكثير من تلك الموجودة في الاغشية الرقيقة للمواد غير النانوية. توضح منحنيات الاضمحالل الضوئية ان الاغشية الرقيقة من معقدات الفينيل تتمتع بعمر افتراضي أقل من ا الغشية الرقيقة للمواد غير النانوية. وتظهر النتائج ان الاضمحالل يتناسب مع نموذج ثنائي الاسي لجزيئين أول وثاني. تؤكد الصور المجهرية لالطياف الضوئية للبنى الدقيقة والنانوية تألق أخضر اللون للمركبات عند تعريضها الضاءة فوق بنفسجية بطاقة اثارة قدرها 490 الى 500 نانومتر من خالل المرشح وتظهر خاصية التوجيه الموجي البصري. هذه الهياكل الدقيقة والنانوية هي مواد واعدة ألجهزة نانوية كهروضوئية.
Category
Theses and Dissertations

Author's Work

Theses and Dissertations
0
0
Al-Zaabi, Usama Abdullah Said.
Sultan Qaboos University
2008

Same Subject