New Photoactive Dye-doped Zeotypic Materialstowards optical applications

Resumen

En esta tesis se desarrollan y estudian materiales híbridos zeotípicos fotoactivos para la obtención de sistemas multifuncionales en estado sólido con interesantes propiedades ópticas aptas para aplicaciones en el campo de la fotónica. Para ello, se atrapan colorantes orgánicos en nanocavidades restringidas de estructuras inorgánicas de aluminofosfato dopadas con metales (con Si o Mg, obteniendo estructuras tipo SAPO y MgAPO, respectivamente) para promover procesos fotofísicos nuevos y/o mejorados en los materiales por efecto sinérgico, en comparación con los fluoróforos aislados.En este trabajo se preparan un gran número de materiales de colorante-AlPO, combinando varias estructuras con diferentes formas y tamaños de poros/canales en el rango de dimensiones moleculares, con una amplia gama de colorantes orgánicos, principalmente de las familias de estirilos y aromáticos fusionados de tres anillos. La inclusión de fluoróforos en las cavidades de los AlPOs realizada "in situ" por el método de inclusión por cristalización permite el desarrollo directo de materiales híbridos fluorescentes con funcionalidades ópticas destacadas y específicas en un solo paso y en cortos periodos de tiempo, describiendo así una síntesis rentable y eficiente para sistemas avanzados.Por un lado, como resultado de la sinergia entre moléculas fotoactivas push-pull con anfitriones de aluminofosfato canalizados en 1D (AFI, ATS y AEL) y una estructura de tipo jaula-3D (CHA), se obtienen sistemas sólidos ópticamente densos con capacidad de fluorescencia mejorada y respuesta altamente anisotrópica a la luz linealmente polarizada. A través de esta estrategia las aplicaciones logradas son diversas, desde emisores NIR hasta generadores de segundo armónico y láseres en estado sólido a nivel de partícula.Por otro lado, la oclusión simultánea de diferentes especies fotoactivas en los aluminofosfatos (IFO y AEL) promueve la probabilidad de procesos de FRET en cascada entre moléculas orgánicas ocluidas en el espacio restringido de los canales zeotípicos. La coencapsulación de especies adecuadas y racionalmente seleccionadas (pares FRET) proporciones idóneas conduce a nuevos sistemas de antenas artificiales, con propiedades como la emisión sintonizable y la emisión de luz blanca.A lo largo de este trabajo, las síntesis de los materiales híbridos dopados con colorantes se optimizan (variando la composición del gel, la temperatura y el tiempo y método de calentamiento) y la morfología y cristalización de todas las fases presentadas se comprueban mediante técnicas de SEM y difracción de rayos-X en polvo. Las propiedades fotofísicas de los materiales híbridos y de los colorantes fotoactivos se analizan en profundidad mediante técnicas de estado estacionario y resueltas en el tiempo (espectroscopias de absorción y emisión), así como mediante microscopía de fluorescencia, que permite el análisis a nivel de partícula. Además, se demuestra la aplicabilidad final de los materiales mediante técnicas sofisticadas como la detección de señales de generación de segundos armónicos y la respuesta de acción del microláser. // En esta tesis se desarrollan y estudian materiales híbridos zeotípicos fotoactivos para la obtención de sistemas multifuncionales en estado sólido con interesantes propiedades ópticas aptas para aplicaciones en el campo de la fotónica. Para ello, se atrapan colorantes orgánicos en nanocavidades restringidas de estructuras inorgánicas de aluminofosfato dopadas con metales (con Si o Mg, obteniendo estructuras tipo SAPO y MgAPO, respectivamente) para promover procesos fotofísicos nuevos y/o mejorados en los materiales por efecto sinérgico, en comparación con los fluoróforos aislados.En este trabajo se preparan un gran número de materiales de colorante-AlPO, combinando varias estructuras con diferentes formas y tamaños de poros/canales en el rango de dimensiones moleculares, con una amplia gama de colorantes orgánicos, principalmente de las familias de estirilos y aromáticos fusionados de tres anillos. La inclusión de fluoróforos en las cavidades de los AlPOs realizada "in situ" por el método de inclusión por cristalización permite el desarrollo directo de materiales híbridos fluorescentes con funcionalidades ópticas destacadas y específicas en un solo paso y en cortos periodos de tiempo, describiendo así una síntesis rentable y eficiente para sistemas avanzados.Por un lado, como resultado de la sinergia entre moléculas fotoactivas push-pull con anfitriones de aluminofosfato canalizados en 1D (AFI, ATS y AEL) y una estructura de tipo jaula-3D (CHA), se obtienen sistemas sólidos ópticamente densos con capacidad de fluorescencia mejorada y respuesta altamente anisotrópica a la luz linealmente polarizada. A través de esta estrategia las aplicaciones logradas son diversas, desde emisores NIR hasta generadores de segundo armónico y láseres en estado sólido a nivel de partícula.Por otro lado, la oclusión simultánea de diferentes especies fotoactivas en los aluminofosfatos (IFO y AEL) promueve la probabilidad de procesos de FRET en cascada entre moléculas orgánicas ocluidas en el espacio restringido de los canales zeotípicos. La coencapsulación de especies adecuadas y racionalmente seleccionadas (pares FRET) proporciones idóneas conduce a nuevos sistemas de antenas artificiales, con propiedades como la emisión sintonizable y la emisión de luz blanca.A lo largo de este trabajo, las síntesis de los materiales híbridos dopados con colorantes se optimizan (variando la composición del gel, la temperatura y el tiempo y método de calentamiento) y la morfología y cristalización de todas las fases presentadas se comprueban mediante técnicas de SEM y difracción de rayos-X en polvo. Las propiedades fotofísicas de los materiales híbridos y de los colorantes fotoactivos se analizan en profundidad mediante técnicas de estado estacionario y resueltas en el tiempo (espectroscopias de absorción y emisión), así como mediante microscopía de fluorescencia, que permite el análisis a nivel de partícula. Además, se demuestra la aplicabilidad final de los materiales mediante técnicas sofisticadas como la detección de señales de generación de segundos armónicos y la respuesta de acción del microláser.