Elucidation of crystal structures and structural changes using X-ray powder diffraction

Abstract

In the process of understanding the properties and behaviour of a compound, and designing improved materials, probing the atomic-level structure is a decisive step. Single crystal X-ray diffraction, a widespread, non-destructive technique, can certainly satisfy this requirement. However, suitable single crystals cannot always be obtained, especially in cases where compounds are synthesised in situ or investigated while they are subjected to external stimuli that can compromise the integrity of the crystal. In these cases, X-ray powder diffraction (XRPD) can be used. This method allows for analysis of the bulk material, regardless of the degree of the structural order in the compound (crystalline or amorphous), and delivers information about the crystal structure, local structure, microstructure, and phase composition. In the present PhD thesis, several compounds belonging to different classes of materials such as organic molecules, coordination compounds, inorganic compounds, and polymers have been analyzed with the main aim of extracting structural details and determining structural changes. XRPD was used as the main technique, and complementary analyses such as thermal analysis (TGA, DTA, DSC), scanning electron microscopy (SEM), and vibrational spectroscopy (IR) supported the results. .. [edited by Author]

Nel processo di comprensione delle proprietà e del comportamento di un composto e della progettazione di materiali sempre più performanti, lo studio della struttura a livello atomico è un punto determinante. La diffrazione di raggi X su cristallo singolo, una diffusa tecnica non distruttiva, può certamente soddisfare questi requisiti. Tuttavia, cristalli singoli adatti a questa tecnica non possono sempre essere ottenuti, specialmente in casi dove i composti sono sintetizzati in situ o investigati mentre sono sottoposti a stimoli esterni che ne possono compromettere l’integrità. In questi casi, la diffrazione di raggi X su polveri può essere usata. Questo metodo consente di analizzare l’intero campione a prescindere dal grado di ordine strutturale del composto (cristallino o amorfo), e fornisce informazioni sulla struttura cristallina, la struttura locale, la microstruttura e la composizione delle fasi. Nella presente tesi di dottorato, molti compositi appartenenti a diverse classi di materiali, come molecole organiche, composti di coordinazione, composti inorganici e polimeri sono stati analizzati con lo scopo di ottenere dettagli strutturali e determinare cambi strutturali. La diffrazione di raggi X su polveri è stata usata come tecnica principale mentre analisi complementari come analisi termiche (TGA, DTA, DSC), microscopia elettronica a scansione (SEM) e spettroscopia vibrazionale (IR) hanno supportato i risultati. .. [a cura dell'Autore]