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Título: Síntese e caracterização de compostos de coordenação de európio contendo diferentes sensibilizadores para o estudo de dispositivos ópticos
Título(s) alternativo(s): Synthesis and characterization of europium coordination compounds containing different sensitizers to optical devices study
Autor(es): Oliveira, Daniel Hachuiya
Orientador(es): Adati, Renata Danielle
Palavras-chave: Compostos de coordenação
Metais de terras-raras
Luminescência
Fotoluminescência
Dispositivos optoeletrônicos
Química
Coordination compounds
Rare earth metals
Luminescence
Photoluminescencia
Optoelectronic devices
Chemistry
Data do documento: 17-Jun-2019
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: OLIVEIRA, Daniel Hachiya de. Síntese e caracterização de compostos de coordenação de európio contendo diferentes sensibilizadores para o estudo de dispositivos ópticos. 2019. 76 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Curitiba, 2019.
Resumo: A particularidade da configuração eletrônica dos lantanídeos (Ln), em que os elétrons dos orbitais 4f são protegidos do ambiente químico externo pelos orbitais preenchidos e radialmente mais externos 5s2 e 5p6, resulta em propriedades espectroscópicas singulares, uma vez que seus espectros conservam características atômicas. Embora as transições proibidas 4f-4f acarretem baixa absortividade molar, da ordem de 10 dm3 mol-1 cm-1, e consequentemente baixo rendimento quântico, a intensificação da emissão é viabilizada via excitação indireta. O conhecido efeito antena ocorre quando o ambiente ao redor do íon lantanídeo (ligantes cromóforos) absorve energia fornecida ao sistema e a transfere para o centro metálico, intensificando a emissão. Comumente é reportado na literatura a síntese de compostos de coordenação utilizando cromóforos, contendo principalmente grupos quelantes como beta-dicetonas e carboxilatos. Neste trabalho foram estudadas as propriedades de compostos de coordenação contendo európio e sensibilizadores cromóforos comerciais: bmdm (avobenzona, 1-(4-Metoxifenil)-3-(4-tertbutilfenil)propano-1,3-diona), bipy (2-2’-bipiridina) e phen (1-10’-fenantrolina). Cálculos teóricos utilizando modelos semiempíricos apresentaram distâncias de ligação Eu-O e Eu-N próximas as descritas na literatura para compostos semelhantes e nível tripleto excitado (> 19100 cm-1) próximo ao de ligantes usualmente utilizados na síntese de compostos de coordenação luminescentes. Os compostos foram sintetizados nas proporções molares de 1:3 de Eu:bmdm para obtenção do composto [Eu(bmdm)3(H2O)2] e 1:3:1 de Eu:bmdm:bipy e Eu:bmdm:phen para a síntese dos compostos [Eu(bmdm)3(bipy)] e [Eu(bmdm)3(phen)]. As estequiometrias dos compostos obtidos foram confirmadas por titulação complexométrica do európio e análise elementar para determinação do teor de CHN. Os espectros UV-Vis e de infravermelho confirmaram a coordenação dos ligantes através das bandas de absorção na região do ultravioleta e de mudanças principalmente nas bandas de estiramento de ligação C=O e C-N. A substituição das moléculas de água do composto [Eu(bmdm)3(H2O)2] por ligantes cromóforos quelantes resultou na intensificação da fotoluminescência. Nos espectros de emissão foi possível observar as transições características do íon európio 5D0→7FJ (J = 0, 1, 2, 3 e 4), com a emissão mais intensa na transição hipersensitiva 5D0→7F2 em 612 nm, indicando que os compostos obtidos não apresentam centro de inversão. Os resultados de fotoluminescência demonstram que os compostos de coordenação têm potencial para aplicação em estudos de dispositivos emissores de luz na região do vermelho. A emissão monocromática exibida pelos compostos de coordenação estudados é característica em potencial para estes atuarem como camada emissora em dispositivos ópticos.
Abstract: The particularity of the lanthanides’ (Ln) electron configuration, in which the electrons of the 4f orbitals are protected from the extern chemical environment by the filled and radially outermost orbitals 5s2 and 5p6, results in singular spectroscopic properties, since their spectra retain atomic characteristics. Although the forbidden transitions 4f- 4f leads to low molar absorptivity, in order of 10 dm3 mol-1 cm-1, and consequently low quantum yield, the emission intensification is made via indirect excitation. The known antenna effect occurs when the environment around the lanthanide ion (chromophore ligands) absorbs the energy supplied to the system and transfers it to the metallic center, intensifying the emission. The synthesis of coordination compounds using chromophores, containing mainly chelating groups such as β-diketones and carboxylates, is commonly reported in the literature. In this work we studied the properties of coordination compounds containing lanthanides and commercial chromophores sensitizers: bmdm (avobenzone, 1-(4-Methoxyphenyl)-3-(4-tertbutylphenyl)propane-1,3-dione), bipy (2-2’-bipyridine) and phen (1-10’- phenanthroline). Theoretical calculations using semiempirical models showed Eu-O and Eu-N bond distances close to those described in the literature for similar compounds and excited triplet level (> 19100 cm-1) close to that of ligands usually used in the synthesis of luminescent coordination compounds. The compounds were synthesized with 1:3 molar proportion of Eu:bmdm for obteining the compound [Eu(bmdm)3(H2O)2] and 1:3:1 of Eu:bmdm:bipy and Eu:bmdm:phen for the synthesis of the compounds [Eu(bmdm)3(bipy)] and [Eu(bmdm)3(phen)]. The stoichiometries of the obtained compounds were confirmed by europium complexometric titration and elemental analysis for the CHN content determination. The UV-Vis and infrared spectra confirmed the ligands coordination through the absorption bands in the utraviolet region and changes mainly in stretch bands of C=O and C-N bonds. The water molecules substitution in the compound [Eu(bmdm)3(H2O)2] with chromophore chelating ligands resulted in photoluminescence intensification. In the emission spectra it was possible to observe the europium ion characteristic transitions 5D0→7FJ (J = 0, 1, 2, 3 e 4), with the most intense emission in the 5D0→7F2 hypersensitive transition in 612 nm, indicating that the obtained compounds do not have inversion center. The photoluminescence results demonstrate that the coordination compounds have potential for application in studies of light emitting devices in the red region. The monochromatic emission exhibited by the coordination studied compounds studied is a potential feature for these to act as emitter layer in optical devices.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9069
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