Síntesi i nanoestructuració de compostos fotoactius basats en perilendiimida

Abstract

La present Tesi Doctoral està dividida en dues parts. En la primera part es descriu el desenvolupament de materials luminescents que responen a estímuls externs. En els darrers anys aquesta àrea de investigació ha donat lloc al desenvolupament de importants aplicacions, com per exemple sensors (bio)químics i d'imatge, i dispositius pel processament de la informació i/o l'emmagatzematge. Un dels reptes en aquest camp de recerca consisteix en la preparació de sistemes que siguin sensibles a dos o més estímuls diferents, permetent així la multifuncionalitat per a un únic material. En aquest treball s’han sintetitzat i caracteritzat nous sistemes moleculars multiestímul que consisteixen en dues unitats unides covalentment, un fluoròfor acceptor d’electrons de perilendiimida (PDI) i una unitat moduladora (ditieniletè i estilbè). És important destacar que aquests mecanismes de desactivació poden ser controlats per protonació i/o isomerització foto-electroquímica de la unitat moduladora, fet que permet la modulació de la fluorescència entre els diferents estats del sistema. En la segona part de la Tesi Doctoral es descriu la fabricació de micro- i nanoestructures monodimensionals 1D (construïdes a partir de molècules π-conjugades autoassemblades) per la construcció i miniaturització de dispositius opto-electrònics com ara sensors i cel·les solars. Així, s’han sintetitzat diferents sistemes que consten d’una unitat acceptora d’electrons (PDI) i una unitat donadora d’electrons (estilbè). L’autoassemblatge d’aquests compostos en materials 1D s’ha assajat mitjançant diferents metodologies. En funció de la metodologia utilitzada per la formació d’estructures s’obtenen sistemes amb diferents dimensions (micro- i nanomètrica) i morfologies (tubs i fibres). Finalment, la disposició ordenada de les molècules dins de les estructures, així com les propietats electro-òptiques dels materials resultants s'han investigat a través de tècniques microscòpiques i espectroscòpiques.

The current Doctoral Thesis is divided into parts. The first part describes the development of luminescent materials that responds to external stimulus. It is important to note that this research area, which has emerged as an important area of research in the last years, includes the development of (bio)chemical devices for sensing and imaging and systems for information processing and storage. In this sense, the Doctoral Thesis shows the preparation of new multifunctional switchable systems that are sensitive to different stimulus. These new molecular systems are based on two units, which are covalently linked, the perylenediimide unit (PDI, electron acceptor moiety) and the switchable unit (dithienylethylene and stilbene, electron donor moiety). The quenching of the fluorescent properties of one of the two states of those molecular switches is triggered by applying different external stimulus such as protons, electricity or light. The second part of the Doctoral Thesis is devoted to the fabrication of onedimensional (1D) micro- and nanostructures made of self-assembled π- conjugated molecules. One of the most promising and an active of research fields due to the fabrication and miniaturization of opto-electronic devices, e.g. sensors and solar cells. For this study it is decided to build multicomponent materials by self-assembly of molecular systems based on a perylenediimide unit and the switchable unit (stilbene). The preparation of those compounds composed by electron donor and acceptor moieties may display good photoconductivity properties for being applied in photovoltaics. The present work also shows that the shape (nanorod and nanotubes) and the size (micrometer- and nanometer dimensions) of the obtained 1D nanostructures is strongly dependent on the methodology used for making them. Finally, the degree of order of the nanostructures as well as the electro-optical properties of the resulting materials have been investigated by means of microscopy and spectroscopy techniques.