Diseño y aplicaciones de materiales híbridos fotoactivos

Resumen

El trabajo realizado se ha centrado en la importancia de incorporar adecuadamente compuestos organometálicos fotoactivos en matrices de sólidos inorgánicos, con el fin de mejorar sus propiedades y ampliar sus aplicaciones potenciales. Así, se ha diseñado una ruta sintética in-situ basada en la Química de la Coordinación Sol-Gel con gran versatilidad, que ha permitido preparar diferentes tipos de materiales híbridos fotoactivos de sílice y de titania. El estudio comparativo realizado entre los materiales sintetizados mediante la nueva aproximación in-situ y los obtenidos a partir de estrategias post-sintéticas tradicionales, nos ha permitido mostrar la versatilidad y fortaleza de este nuevo método sintético. Con este fin, se han sintetizado y caracterizado diversos compuestos catiónicos de Ir(III) y Pt(II) de estequiometria [Ir(C^N)2L2]+ y [Pt(C^N)L2]+, respectivamente, donde C^N se corresponde con ligandos ciclometalados, y L con ligandos neutros de tipo bipiridina o fosfina funcionalizados con grupos trialcoxisilano (PPTES = PPh2(CH2)2Si(OEt)3, dasipy = 4,4’-[CONH(CH2)3Si(OEt)3]2-bipiridina). Tras el estudio completo de sus propiedades físicas y ópticas, se ha llevado a cabo la síntesis de los correspondientes materiales mesoporosos híbridos organometallo-silica, mediante la ruta in-situ. Esta técnica se ha podido adaptar exitosamente a cromóforos organometálicos con características estructurales y electrónicas diferentes (geometrías octaédricas o plano-cuadradas, derivados catiónicos o neutros, con uno o varios grupos alcoxisilano). Además, introduciendo pequeñas modificaciones en las condiciones de reacción, se han podido obtener materiales híbridos luminiscentes de base silícea que presentan diferentes morfologías y propiedades texturales. Así, se han preparado desde materiales macroscópicos nanoestructurados (SiO2_P y SiO2_G), a nanopartículas discretas con acabados superficiales distintos (NPOH, NPMe y NPAPTES). En general, los materiales híbridos obtenidos presentan propiedades fotofísicas mejoradas, incrementando, además, la estabilidad de los cromóforos organometálicos incorporados. Esta metodología es relativamente flexible y permite obtener materiales que mimetizan el comportamiento emisivo de los cromóforos en estado sólido o en disolución, dependiendo de la concentración y condiciones de reacción empleados. Todas estas características han permitido utilizar estos materiales en una gran variedad de aplicaciones como geles luminiscentes ópticamente transparentes, dispositivos emisores de luz o biomarcadores. Así, y gracias a la colaboración que mantenemos con los grupos de investigación del Prof. Javier García-Martínez (Universidad de Alicante), el Dr. Rubén D. Costa (IMDEA Materiales, Madrid) y el Dr. José Manuel García Pichel (Centro de Investigación Biomédica de La Rioja, CIBIR), hemos podido probar estos materiales híbridos como sustratos en la fabricación de LEDs emisores de luz blanca y como biomarcadores. Por otro lado, se ha conseguido adaptar la estrategia sintética de la Química de la Coordinación Sol-Gel a la preparación de materiales basados en titania. Para ello, se han sintetizado dos derivados de Ir(III) y Ru(II), debidamente funcionalizados con grupos carboxilato, [Ir(ppy)2(3,3’-H2dcbpy)]PF6 y [Ru(4,4’-H2dcbpy)2(NCS)2]. Su posterior reacción de condensación con la fuente de titania, TBOT, ha permitido obtener unos materiales híbridos (TiO2_IS) con saltos electrónicos más pequeños que los correspondientes a la titania de control y a materiales similares obtenidos mediante técnicas post-sintéticas (TiO2_G). Todo ello afecta positivamente a su actividad fotocatalítica, no solo bajo irradiación UV sino también bajo luz visible. Este hecho, sin precedentes en la bibliografía, permite ampliar el abanico de posibilidades a la hora de diseñar materiales semiconductores fotoactivos altamente estables, con posibilidad de reutilización tras varios ciclos catalíticos de fotodegradación de materia orgánica. Estas características se atribuyen a la buena integración de los complejos fotoactivos en la matriz de anatasa, que les confiere una alta protección y una estabilidad excepcional. En conjunto, creemos que todas estas características, junto con la facilidad de modular las condiciones de reacción y la protección adicional que la matriz inorgánica confiere a los cromóforos incorporados, suponen un avance importante y un gran potencial a la hora de diseñar diferentes tipos de sistemas fotoactivos.