Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/35346
Type: Tese
Title: Complexos heterobimetálicos de metais de transição e terras raras como candidatos promissores em células solares sensibilizadas por corantes e OLEDs
Other Titles: Heterobimetallic complexes of transition metals and rare earths as promising candidates in solar cells sensitized by dyes and OLEDs
Authors: Clayton Malheiros de Souza
First Advisor: Maria Helena de Araujo
First Co-advisor: Claudio Luis Donnici
First Referee: Hermi Felinto de Brito
Second Referee: Márcio Perez de Araújo
Third Referee: Gilson de Freitas Silva
metadata.dc.contributor.referee4: Guilherme Ferreira de Lima
Abstract: As características inerentes para compostos químicos que sejam candidatos promissores para novos materiais fluorescentes com aplicabilidade em “Dye-Sensitized Solar Cells” (DSSC) e “Organic Light Emitting Diodes” (OLED) são as propriedades foto-físicas e fotoeletrônicas relacionadas à excitação óptica e/ou elétrica. Este trabalho apresenta a investigação da complexação entre nove ligantes quelantes nitrogenados (2,2´-bipiridina e derivados dimetil-, dicarbóxi-, dicarbetóxi- e diamidonaftil-4,4´-funcionalizados; 1,10-fenantrolina e 5,6-diona análoga; 2,3,7,8-tetra-aminodibenzo [1,4]dioxina e derivado 4,5,9,12,21,24-hexaaza-10,23-dioxabenzo-heptaceno com conjugação estendida) com Ru(II) e Ir(III) para a obtenção e caracterização de trinta e seis complexos metálicos: 31 monometálicos, 3 homo-bimetálicos (1, Ir-Ir e 2 Ru-Ru) e 2 hetero-bimetálicos; adicionalmente 1 complexo monometálico de Eu e 1 de La foram preparados, bem como 2 complexos hetero-bimetálicos entre Ru-La e Ru-Eu. Foram obtidos resultados foto-químicos promissores, tendo-se observado a solubilidade em diversos solventes, o que facilita o processo de deposição ou formação de filme dos agentes fluorescentes na construção dos dispositivos OLED e DSSC. Adicionalmente, foi constatada a intensificação das propriedades fotofísicas, devido à modificação estrutural dos ligantes, por meio da alternância entre grupos doadores e aceptores de densidade eletrônica, -NH2, -CO2H e -CO2R (R= CH2CH3, CH2CH2OH). Observou-se o aumento do rendimento quântico de fluorescência (ϕ), comparando-se os complexos de Ru carboxílico [Ru(dcbpy)2(fend)](PF6)2 15 (ϕ = 0,19) (dcbpy = 4,4’-dicarboxi-2,2’-bipiridina e fend = 1,10-fenantrolino-5,6-diona), com o complexo carbetoxílico [Ru(deeb)2(fend)](PF6)2, 16 (ϕ = 0,02) (deeb = 4,4’-dietoxicarbonil-2,2’-bipiridina), bem como o aumento do coeficiente de absortividade molar (ε, 104 Lmol-1cm-1), comparando-se os complexos carboxílicos 15 (ε = 1,80) e [Ru(dcbpy)2(fenox)](PF6)2, 18 (ε = 3,84), (fenox = benzo[5,6][1,4]dioxino[2,3-i]dipirido[3,2-a:2’,3’-c]fenazina-13,14-diamina) devido ao aumento do sistema π estendido neste último. Além do mais, notou-se o aumento de ϕ e de ε comparando-se o complexo 16 (ε = 1,80 e ϕ = 0,02) com o bimetálico de conjugação estendida [Ru(deeb)2(µ-fenazin)(deeb)2Ru](PF6)4, 33 (ε = 4,91 e ϕ = 0,08), (fenazin = 4,5,9,12,21,24-Hexaaza-10,23-dioxabenzo[a,c,p,r] heptaceno. O aumento do ϕ também foi observado quando se analisaram os resultados foto-químicos de [Ru(dcbpy)2(CONH-2-Nft)](PF6)2, 8 (ϕ = 0,05) (CONH-2-Nft = N4,N4’-di(naftaleno-2-il)-4,4’-dicarboxamida-2,2’-bipiridina), e [Ru(CONH-2-Nft)3](PF6)2, 14 (ϕ = 0,16), respectivamente bis- e hexa-amidonaftil substituídos, ressaltando-se que a estrutura molecular de 8 foi identificada por cristalografia de raios-X. Finalmente, pode-se concluir que os complexos estudados mostram possível aplicabilidade em dispositivos OLED ou DSSC.
Abstract: The intrinsic characteristics of good fluorophore to develop new materials to be used as Dye-Sensitized Solar Cells (DSSC) and Organic Light Emitting Diodes (OLED) are the photophysical and photoeletronic properties related to the optical and/or electric excitation. This work presents the investigation of the complexation reaction of nine nitrogen-chelating ligands (2,2'-bipyridine and the corresponding dimethyl-, dicarboxy-, dicarbethoxy- and diaminonaphtyl- 4,4´-functionalized derivatives, 1,10-phenanthroline and the analogous 5,6-dione, 2,3,7,8-tetra-aminodibenzo[1,4]dioxin and its 4,5,9,12,21,24-hexaaza-10,23-dioxabenzo-heptacene derivative with extended π system) with transition metals such as Ru(II) and Ir(III). In total, thirty-six metallic complexes were synthesized and characterized: 31 monometallic, 3 homobimetallic (1 Ir-Ir and 2 Ru-Ru) and 2 heterobimetallic. Additionally, one monometallic complex with Eu and another one with La were prepared, as well two heterobimetallic complexes between Ru-La and Ru-Eu. Promising results were obtained, such as solubility in several solvents, which facilitates the process of deposition or formation of fluorophore film in the construction of DSSC and OLED devices. Besides, the intensification of photophysical properties was also observed, due to the structural modification of the ligands, through the alternation between donor groups and acceptors of electronic density, -NH2, -CO2H and -CO2R (R= CH2CH3, CH2CH2OH). There was an increase in the quantum fluorescence yield (ϕ) when comparing the Ru carboxylic complex [Ru(dcbpy)2(fend)](PF6)2 15 (ϕ = 0.19) (4,4'-dicarboxi-2,2'-bipyridine and fend = 1,10-phenanthroline-5,6-dione) with the carbethoxylic analogue [Ru(deeb)2(fend)](PF6)2, 16 (ϕ = 0.02) (deeb = 4,4'-dietoxicarbonyl-2,2'-bipyridine). An increase in the molar absorptivity coefficient (ε, 104 Lmol-1cm-1) was obtained comparing the carboxylic complexes 15 (ε = 1.80) and complex [Ru(dcbpy)2(fenox)](PF6)2, 18 (ε = 3.84) (fenox = benzo[5,6][1,4]dioxino[2,3-i]dipyrido[3,2-a:2',3'-c]phenazine-13,14-diamine), due to the increase in the extended π system in the latter. Furthermore, an increase in the value of the same parameters, ϕ and ε, was also observed when comparing monometallic Ru complex 16 (ε = 1.80 and ϕ = 0.02) with [Ru(deeb)2(µ-fenazin)(deeb)2Ru](PF6)4, 33 (ε = 4.91 and ϕ = 0.08) (fenazin = 4,5,9,12,21,24-Hexaaza-10,23-dioxabenzo[a,c,p,r] heptacene), The increase in ϕ value was also noticed when the obtained photochemical results from the bis-naphtylamide complex [Ru(dcbpy)2(CONH-2-Nft)](PF6)2 8 (ϕ = 0.05) (CONH-2-Nft = N4,N4'-di(naphthalene-2-yl)-4,4'-dicarboxamide-2,2'-bipyridine were compared to those obtained from [Ru(CONH-2-Nft)3](PF6)2, 14 (ϕ = 0.16). It is important to mention that the molecular structure of 8 was determined by X-ray crystallography. Finally, the obtained results showed that these complexes may be promising fluorophores on photoeletronic devices, such as DSSC and OLED.
Subject: Química inorgânica
Células solares
Diodos emissores de luz
Complexos metálicos de transição
Terras raras
Cristalografia de raio X
Fluorescência
Quelantes
Fotoquímica
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química
Rights: Acesso Restrito
URI: http://hdl.handle.net/1843/35346
Issue Date: 27-Oct-2020
metadata.dc.description.embargo: 27-Oct-2021
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