Defects in Carbon-based Materials studied by Electron Paramagnetic Resonance Methods

Lo studio dei difetti in materiali carboniosi è di estremo interesse a causa della loro natura sfuggente e perché questi difetti determinano alcune delle fondamentali proprietà elettroniche, ottiche e magnetiche. Il tipo di difetti dipende fortemente dalla struttura dei materiali. In materiali ordinati i difetti sono dovuti a distorsioni della struttura cristallina, mentre in materiali amorfi sono maggiormente legati alla presenza di legami non saturati. Negli ultimi anni, l’interesse della comunità scientifica nei confronti del grafene e di materiali con struttura grafenica è aumentato esponenzialmente. Le proprietà di questi materiali li rendono estremamente promettenti per applicazioni elettroniche e meccaniche. Deviazioni dalla perfezione possono essere utili per alcune applicazioni dal momento che permettono di modificare le proprietà locali del grafene per ottenere nuove funzionalità. La maggior parte dei difetti che si possono trovare in materiali carboniosi è caratterizzata dalla presenza di elettroni spaiati e per questo sono paramagnetici. In diversi casi, l’esistenza di spin spaiati in un materiali può portare anche a fenomeni di magnetismo di cooperazione. Una completa e accurata descrizione della distribuzione di difetti nei materiali è quindi di fondamentale importanza per le loro possibili applicazioni. In questa tesi, abbiamo identificato e caratterizzato i diversi tipi di difetti che si possono trovare in sistemi di tipo grafenico usando la spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica (EPR) e calcoli basati sulla teoria del funzionale densità (DFT). Abbiamo studiato materiali con diversi tipi di difetti e abbiamo correlato le loro caratteristiche EPR con le strutture. E’ riportato inoltre uno studio sulla reattività di questi materiali determinata dalla presenza dei difetti.