Abstract
Målet med prosjektet var å få mer kunnskap og forståelse om de fysikalske og kjemiske egenskapene til
én-dimensjonale kjeder av sinkoksid som en tilnærming til sinkoksidnanotråder.
Hovedfokuset har vært å forstå de elektroniske og optiske egenskapene og dette har blitt studert både
ved teoretiske og eksperimentelle metoder.
Forbindelsen som ble benyttet som utgangsstruktur for å studere disse egenskapene har kjemisk formel
[Zn2(dhtp)(H2O)2] . 8 H2O og betegnes i oppgaven som Coordination Polymer of Oslo
number 27 type Zn (CPO-27-Zn). Sinkatomet er oktaedrisk koordinert ved romtemperatur og det dannes
ZnO6-enheter der fem av oksygenatomene stammer fra de organiske ligandene og det gjenværende
sjette oksygenatomet er en del av et vannmolekyl.
Ved dehydratisering gjennomgår forbindelsen en endring av strukturen som medfører at koordinasjonstallet
til sinkatomet reduseres fra seks til fem.
Det ble konstruert klyngemodeller med bakgrunn i den eksperimentelle strukturen av CPO-27-Zn,
men det viste seg å være vanskelig å lage modeller som var representative for koordinasjonspolymeren,
og det var store avvik i resultatene fra de ulike metodene.
Det har blitt utført både ikke-periodiske og periodiske beregninger i forbindelse med det teoretiske
arbeidet med henholdsvis programvarepakkene Gaussian09 og VASP.
Resultatene fra de ikke-periodiske beregningene indikerer at HOMO-LUMO-gapet er større i de dehydrerte modellene
av CPO-27-Zn sammenlignet med de hydrerte modellene, mens de estimerte båndgapene fra de periodiske beregningene
indikerer det motsatte.
Derfor ble det i tillegg utført målinger med ultrafiolett synlig diffusreflektansspektroskopi
av CPO-27-M (M=Zn, Co, Ni, Mg, Mn) for å få mer kunnskap om hvordan båndgapet
påvirkes i dette materialet.
Konklusjonen fra det eksperimentelle arbeidet er at det er en liten endring i båndgapet fra CPO-27-Zn til
CPO-27-Mg, mens det er en større endring i CPO-27-Mn.
Imidlertid er båndgapsendringen ved dehydrering av CPO-27-Zn som også medfører endring i koordinasjonstallet til
sinkatomet, svært liten. Dette er i tråd med tidligere studier, men er ikke i overenstemmelse med noen av
konklusjonene fra beregningene.
Modellene som ble konstruert er derfor ikke fullt ut representative for forbindelsen CPO-27-Zn.
The aim of this project was to achieve more knowledge and a better understanding of the physical
and the chemical properties of the one-dimensional chains in zinc oxide
as a way to apporoximate nanowires of zinc oxide.
The main focus has been to understand the electronical and optical properties, which has been studied by
theoretical as well as experimental methods.
The compound used as a starting point to study these properties has chemical formula
[Zn2(dhtp)(H2O)2] . 8 H2O and is denoted in the thesis as
Coordination Polymer of Oslo number 27 type Zn (CPO-27-Zn).
The zinc atom is six-coordinated at room temperature, resulting in ZnO6-units where five of the oxygen atoms stems
from the organic ligands, and the remaining sixth is part of a water molecule.
Upon dehydration, the structure of the compound changes substantially, which reduces the coordination number of
the zinc atom to five from six.
Cluster models using the experimental coordinates of CPO-27-Zn were constructed, however, it was difficult to make
representative models, and the results obtained from the different methods showed large deviations.
As part of the theoretical work, both non-periodic and periodic calculations was performed using the
software packages Gaussian09 and VASP.
The results from the non-periodic calculations indicates a larger HOMO-LUMO gap in the dehydrated models of
CPO-27-Zn compared to the hydrated ones, however, the estimated bandgaps from the periodic calculations show
the opposite.
As a result of this, ultraviolet visual diffuse reflectance spectroscopy measurements were performed on CPO-27-M
(M=Zn, Co, Ni, Mg, Mn) to achieve more knowledge of how the bandgap is affected in this material.
The conclusion from the experimental study is that the bandgap remains apporoximately unchanged in CPO-27-Zn and
CPO-27-Mg, while there is a significant drop in the bandgap in CPO-27-Mn.
However, the change of bandgap upon dehydration of CPO-27-Zn, which also causes a change in the coordination number
of the zinc atom, is very small.
This is in good agreement with previous published results, but does not agree with any of the conclusions from the
calculations.
Therefore, the models constructed does not fully represent the compound CPO-27-Zn.