Dans cette thèse, des complexes [Re(N^N)(CO)3X]n+ ont été conçus pour différentes applications. Dans le premier chapitre, l’impact de différentes modifications sur le ligand N^N ou le ligand X sur les propriétés photophysiques des complexes a été étudié. Dans le second chapitre, une série de nouveaux complexes a été conçue et étudiée comme catalyseurs homogènes/hétérogènes pour l’électroréduction du CO2. Dans le dernier chapitre, nous avons introduit un ligand diimine pour la coordination au Re en tant que lien dans la macrocyclisation de peptidomimétiques pour la modulation d’interaction protéine-protéine. / In this thesis, [Re(N^N)(CO)3X]n+ complexes were designed towards different applications. In the first chapter, the impact of different modifications on either the N^N ligand or the X ligand on the photophysical properties were studied experimentally and computationally. In the second chapter, we designed and studied a series of new Re complexes as homogeneous/heterogeneous catalysts for CO2 electroreduction and their catalytic abilities were evaluated. In the last chapter, the introduction of a Re complex as macrocyclic linker in macrocyclic peptidomimetics is used to both stabilize the active secondary structure and introduce imaging modalities towards modulation of protein-protein interactions.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:07:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Alexandre Miranda de Oliveira.pdf: 4426704 bytes, checksum: 904266306eab31523948c4d6634abfe0 (MD5) Previous issue date: 2010-12-15 / This work is to study the crystallization of compounds in the form of post system alumina-yttria-silica prepared by sol-gel mixed methodology and Pechini. Powders (x / 2) Y ² ³ - (X / 2) Al ² O ³ - (1-x) SiO ² (x = 0.1 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5 mol) were doped with erbium prepared and characterized. The physical properties of composite SiO ² ¹ YO-, 5 - AlO ¹, 5 were studied by x-ray diffraction, FTIR spectroscopy, thermogravimetry, differential thermal analysis and photoluminescence measurements. It was possible to maintain the amorphous compositions at high temperatures, no crystallization below 900 ° C and the formation of phase Y ² ² O7 Si at 1100 ° C. We obtained a reasonable life time of some compositions treated at 1000 ° C. We observed the emission of green upconversion to excite the samples with high power laser. All synthesized samples exhibit photoluminescence emission and have maximum emission at 1530 nm with a width of ~ 47nm. This broad issue is a desirable property for amplifiers used in systems division multiplexing wavelengths (WDM) and suggests that Er ³ + ions are hosted in the amorphous phase. / Neste trabalho estudo-se a cristalização de compostos na forma de pós do sistema alumina-ítria-sílica preparados pela metodologia mista sol-gel e Pechini. Pós de (x/2) Y²O³-(X/2) Al²O³-(1-x) SiO² (x=0,1 0,2, 0,3, 0,4 e 0,5 em mol) dopados com érbio foram preparados e caracterizados. As propriedades físicas dos composto de SiO²-YO¹,5- AlO¹,5 foram estudadas por difração de raios-x, espectroscopia FTIR, termogravimetria, análise térmica diferencial e medidas de fotoluminescência. Foi possível manter as composições amorfas a altas temperaturas, não houve cristalização abaixo de 900° C e a formação da fase Y²Si²O7 a 1100 °C. Obtivemos um tempo de vida razóavel de algumas composições tratadas a 1000°C. Observamos a emissão verde de upconversion ao excitar as amostras com laser de alta potência. Todas as amostras sintetizadas apresentam emissão fotoluminescente e possuem máximo de emissão em 1530 nm com largura a meia altura de ~47nm. Essa emissão larga é uma propriedade desejável para amplificadores usados em sistemas de multiplexação por divisão de comprimentos de onda (WDM) e sugere que os íons Er³+ estão hospedados na fase amorfa.

A luminescência persistente é um fenômeno em que o material emite radiação de segundos a várias horas após cessada a irradiação (luz, radiação UV, feixe de elétrons, etc.). No entanto, os mecanismos que geram o fenômeno da luminescência persistente ainda não são totalmente estabelecidos. Neste trabalho os materiais Lu2O3:TR3+,M (TR,M: Pr,HfIV; Eu, Ca2+ ou Tb,Ca2+) foram preparados pelo método de estado-sólido assistido por micro-ondas (MASS) e comparados com aqueles sintetizados pelo método cerâmico. As vantagens do método MASS incluem curto tempo de processamento, aquecimento dielétrico seletivo, baixo consumo de energia e uso de equipamentos de baixo custo (forno micro-ondas doméstico), muitas vezes produzindo produtos de alta pureza e alto rendimento. Os materiais foram caracterizados pelas técnicas de espectroscopia de absorção na região do infravermelho (IR), espectroscopia Raman, difração de raios X método do pó (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), X-ray absorption near edge structure (XANES), Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), X-ray Excited Optical Luminescence (XEOL), espectroscopia de fotoluminescência na região do UV-Visível, espectroscopia de fotoluminescência na região do UV-UV vácuo e termoluminescência (TL). Os fósforos Lu2O3:TR3+,M (TR,M: Pr,HfIV; Eu, Ca2+ ou Tb,Ca2+) foram preparados em um curto período de tempo (22-26 min) pelo método MASS utilizando forno micro-ondas doméstico, carvão ativado como susceptor, fluxos (H3BO3 ou Na2CO3) e sem a aplicação de gases. Todos materiais preparados com fluxo de H3BO3 exibem impurezas de LuBO3 que foram quantificadas por refinamento Rietveld. Os fluxos e os dopantes não alteraram consideravelmente a estrutura cristalina da matriz C-Lu2O3. As micrografias MEV sugerem que o fluxo de Na2CO3 e os precursores nitratos geram partículas de Lu2O3 com tamanho menor devido a evolução de gases provenientes da decomposição destes compostos. Por outro lado, quando é usado óxidos como precursores os materiais apresentam maiores tamanhos de partícula e na presença de H3BO3 leva a maior agregação. Os dados de XANES indicam que houve completa redução do íon TbIV &#8594 Tb3+ e parcial do PrIV &#8594 Pr3+, devido ao uso de carvão ativado que gera CO(g) durante o tratamento térmico. Os espectros da luminescência persistente indicam emissões nas regiões do vermelho/NIR, vermelho alaranjado e verde atribuídas as transições 4fN &#8594 4fN características dos íons Pr3+, Eu3+ e Tb3+, respectivamente. As diferenças entre os espectros registrados sob excitação UV e após cessada a irradiação podem ser explicadas pela emissão da luminescência persistente predominante dos íons TR3+ no sítio S6 do que no C2. Além disso, a co-dopagem aliovalente com os íons HfIV e Ca2+ aumentam a intensidade e duração da luminescência persistente. Isto ocorre através da geração de armadilhas provenientes dos dois co-dopantes nos sítios de Lu3+ e por defeitos produzidos na compensação de carga. Os materiais fotônicos preparados pelo método MASS com fluxo de H3BO3 apresentam maior intensidade e duração da luminescência persistente comparados aos preparados pelo método cerâmico ou sem a presença de H3BO3. Os mecanismos da luminescência persistente foram desenvolvidos através de princípios similares baseados nos dados experimentais da energia do band gap, posição dos níveis de energia dos íons TR3+/2+ na matriz e energia das armadilhas. Isto confirma a solidez da interpretação dos dados experimentais dos materiais Lu2O3:TR3+,M exibindo luminescência persistentes e encoraja a expansão de modelos similares para outros materiais apresentando esse fenômeno. Os fósforos Lu2O3:Pr3+,HfIV,Lu2O3:Eu3+(,Ca2+) e Lu2O3:Tb3+,Ca2+) apresentaram sintonização de cores de emissão tanto para o fenômeno da fotoluminescência como da luminescência persistente, podendo atuar como bons candidatos nas aplicações de bioimageamento ou sensibilizadores de células solares. / Persistent luminescence is a phenomenon where the material emits radiation from seconds to several hours after cessation of irradiation (light, UV radiation, electron beam, etc.). The persistent luminescence mechanisms are not entirely established, however. In this work, the materials Lu2O3:TR3+,M (TR,M: PrHfIV; Eu, Ca2+ or Tb,Ca2+) were prepared by MASS method as well as compared to these materials synthetized by ceramic method. The advantages of MASS method include short processing time, selective dielectric heating, low energy consumption and use of inexpensive equipment (domestic microwave oven), often affording high-purity and high-yield products. The materials were characterized by Infrared absorption spectroscopy (IR), Raman spectroscopy, X-ray powder diffraction (XPD), Scanning electron microscopy (SEM), X-ray absorption near edge structure (XANES), Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), X-ray excited optical luminescence (XEOL), photoluminescence spectroscopy in the UV-Visible range, photoluminescence spectroscopy in the UV-UV vacuum region and thermoluminescence (TL). The phosphorsLu2O3:TR3+,M (TR,M: Pr,HfIV; Eu, Ca2+ or Tb,Ca2+) were rapidly (22-26 min) and successfully prepared by MASS method using a domestic microwave oven, carbon as susceptor, fluxes (H3BO3 or Na2CO3) and without special gases application. All materials prepared with H3BO3 flux exhibit LuBO3 impurities that were quantified by Rietveld refinement. The flux and dopants does not considerably affect the crystalline structure of the C-Lu2O3 host matrix. Scanning electron micrographs suggest that Na2CO3 flux and nitrates precursors produce Lu2O3 particles of small size due to the gases evolution from the decomposition of these compounds. On the other hand, the materials prepared from oxides precursors have particles of large size and H3BO3 flux induces particle xi aggregation. The carbon used as the susceptor generates CO gas, leading to complete reduction of TbIV to Tb3+ and partial conversion of PrIV to Pr3+ present in the Tb4O7 and Pr6O11 precursors, as indicated by XANES. Persistent luminescence spectra of the materials show emission in the red/NIR, reddish orange and green ranges assigned to the 4fN &#8594 4fN transitions characteristics of Pr3+, Eu3+ and Tb3+ ions, respectively. Differences between the spectra recorded under UV excitation and after ceased the irradiation can be explained by the predominant persistent luminescence emission of TR3+ ion in the S6 site rather than TR3+ in the C2 site. In addition, inclusion of HfIV and Ca2+ codopants in the Lu2O3 host increases the emission intensity and duration of persistent luminescence due to generation of traps caused by charge compensation in the lattice as well as these metal ions in the Lu3+ sites. The photonic materials prepared by MASS method with H3BO3 flux show higher persistent luminescence performance than those prepared by the ceramic method or MASS without flux. The persistent luminescence mechanisms were developed through similar principles based on experimental data of band gap energy, energy level positions of TR3+/2+ ions in the host and traps energy. This similarity confirms the consistency of the interpretation of experimental data for the Lu2O3:TR3+,M materials and encourages the expansion of similar models for other persistent luminescence materials. Color tuning of persistent luminescence in Lu2O3:TR3+,M (TR,M: Pr,HfIV; Eu,Ca2+ or Tb,Ca2+) provides potential applications in bioimaging as well as in solar cell sensitizers.

Neste trabalho apresenta-se a obtenção e caracterização de materiais luminescentes baseados em matrizes mesoporosas incorporadas com espécies moleculares altamente emissivas; o corante rodamina 6G (R6G) e o complexo de irídio (III) (N,N-trans-[Ir-(1-benzil-4-(2,4-difluorofenil)-1,2,3-triazol)2(4,4´-dimetil-2,2´-bipiridina)]+). Na incorporação da R6G foram explorados xerogéis mesoporosos sílica de composições puramente inorgânica e modificada com grupos aromáticos, além de vidros mesoporosos sódio aluminosilicato. O complexo de Irídio (III) foi incorporado somente aos vidros sódio aluminosilicato. As matrizes hospedeiras preparadas por metodologia sol-gel foram planejadas e desenvolvidas em consonância com as propriedades físico-químicas das espécies emissoras, a fim de promover maior incorporação e dispersão molecular via diferentes interações químicas. Por exemplo, no caso da sílica modificada com grupos aromáticos, espera-se que haja interação por afinidade química entre tais grupos e as ligações insaturadas das moléculas de R6G, resultando em maior taxa de incorporação e de retenção do centro emissor, bem como minimizando agregações moleculares. No caso dos vidros sódio aluminosilicato, a incorporação de ambas espécies catiônicas, o corante e o complexo de Ir(III), ocorre via troca iônica com íons Na+, que atuam como compensadores de carga dos sítios (AlO4)- da rede. Neste caso, um controle de dispersão molecular do centro emissor foi proposto variando-se a relação Si/Al na matriz (entre 2 e 9), a fim de promover a distribuição espacial dos sítios aniônicos ativos (AlO4)- entre os sítios neutros SiO4. A partir dessas abordagens foram obtidos materiais luminescentes quimicamente estáveis, com alto grau de dispersão molecular, fácil preparação, e excelentes propriedades fotofísicas. Previamente à incorporação, as matrizes foram caracterizadas do ponto de vista estrutural por diversas técnicas de RMN de estado sólido, DRX e sorção de N2. As propriedades fotofísicas dos emissores em solução e em estado sólido foram caracterizadas por medidas de absorção UV-Vis, espectroscopia óptica, tempo de vida de estado excitado e rendimento quântico absoluto. Adicionalmente, as matrizes contendo R6G foram submetidas a testes de ação laser e fotoestabilidade. Os resultados destes sistemas foram analisados com base na teoria do éxciton (em inglês, Single Exciton Theory). No que concerne os sistemas contendo o complexo de Irídio (III), suas propriedades fotofísicas foram relacionadas à eletrônica do centro emissor obtida por teoria do funcional de densidade (em inglês, Density Functional Theory, DFT). Neste caso, a partir do tratamento convencional realizado para moléculas em estado líquido, foram desenvolvidos e analisados métodos alternativos para tratar o problema em uma matriz hospedeira. O formalismo aplicado contribuiu para uma descrição detalhada da estrutura eletrônica do complexo, bem como mudanças devido à inserção deste na matriz. / This work presents the preparation and characterization of luminescent materials based on mesoporous host matrices loaded with highly emissive molecular species (the organic dye Rhodamine 6G (R6G), and the Iridium (III) complex (N,N-trans-[Ir-(1-benzyl-4-(2,4-difluorophenyl)-1,2,3-triazole)2(4,4´-dimethyl-2,2´-bipyridine)]+). In the case of R6G loading we have explored purely inorganic and organically modified silica compositions, as well as sodium-aluminosilicate glasses. The Ir(III) complex was loaded solely into the sodium-aluminosilicate glasses. The host matrices were designed and developed, via sol gel methodology, in consonance with the physicalchemical properties of the emitters aiming at improved molecular incorporation and dispersion through various chemical interactions. For instance, in the case of silica modified with aromatic groups, interaction among such groups with the unsaturated bonds of the R6G molecule is expected, resulting in higher molecular incorporation and retention efficiencies, as well as decreased aggregation. In the case of the sodium-aluminosilicate glasses, the loading of both cationic species, dye and Ir(III) complex, takes place via ionic exchange with Na+ at the (AlO4)- network sites. In this case, control of molecular dispersion of the emitting center was attempted by varying the Si/Al ratio in the matrix (between 2 and 9), so as to promote the spatial distribution of the active anionic sites among neutral SiO4 sites. Through these approaches, we were able to obtain materials with high chemical stability, high molecular dispersion, facile and low cost obtainment and excellent photophysical properties. Prior to loading, the matrices were characterized from the structural point of view through several solid state NMR techniques, XRD and N2 sorption. The photophysical properties of the emitters in solution and in the solid state were characterized and compared through UV-Vis absorption and emission, excited state lifetimes and absolute quantum yields measurements. Moreover, the R6G loaded materials were tested in a laser cavity with respect to their laser efficiencies and photo stabilities. The results of these systems were analyzed in terms of the Single Exciton Theory. As for the materials loaded with Ir(III) complex, the photophysical studies were complemented by a theoretical approach though Density Functional Theory, DFT. From the conventional treatment performed for iridium (III) complexes in liquid state, alternative methods were developed and analyzed for treating the problem in the host matrix. The applied formalism contributed to a detailed description of the electronic structure of the complex, as well as of the changes perceived due to insertion in the matrix.

Entender os processos em superfície/interface de filmes e seus efeitos sobre as propriedades ópticas e elétricas de materiais orgânicos é de grande importância tecnológica. Esta pesquisa descreve a fabricação e caracterização de filmes poliméricos extremamente finos (espessura <10 nm) e homogêneos compostos por camadas de polímero/polieletrólitos e estruturas com modulação de energia ou poços quânticos. O objetivo principal foi o estudo dos processos de transferência de carga e energia em tais estruturas. Os polímeros luminescentes utilizados foram poli(9,9 dioctilfluoreno) (PFO) poli(p-fenileno vinileno (PPV). O PPV foi obtido a partir do precursor poli(cloreto de tetraidrotiofeno de xililideno) (PTHT). A técnica de deposição denominada deposição camada por camada assistida por spin (SA-LbL) foi utilizada para obtenção dos filmes. Medidas de absorbância confirmaram o crescimento linear das camadas para as interfaces polieletrólito/polieletrólito e polímero/polieletrólito. Com o objetivo de entender a transferência do elétron &pi; do polímero conjugado para o polieletrólito, as configurações das estruturas poliméricas foram alteradas através da deposição de diferentes monocamadas de polieletrólito sobre o filme polimérico. Observamos que os elétrons &pi; foram efetivamente transferidos para os polieletrólitos que possuem alta afinidades eletrônica. Este efeito interfere fortemente na absorção bem como nas características de condução do filme polimérico ultrafino. A absorção é restabelecida após a conversão de PTHT em PPV. Medidas de fotoluminescência (PL) em filmes PFO/PPV resultam em curvas de emissão com picos característicos de ambos os polímeros, o que confirma que a técnica SA-LbL permite a deposição de estruturas poliméricas multicamadas. As várias configurações de filmes obtidas elucidaram os processos de transferência que ocorrem em diferentes interfaces, tais como: mudança da sequencia de deposição do polieletrólito, número de camadas duplas PTHT/DBS e a introdução de camadas separadoras. Além disso, um único poço quântico, ou seja, estruturas formadas por uma camada PPV cercada por barreiras de PFO com 10 nm de espessura foram obtidas. Medidas de absorbâcia, PL e excitação mostraram uma eficiente migração estado excitado da barreira de PFO para o PPV (poço). A homogeneidade da imagem confocal, demonstrou um rigoroso controle da camada de cobertura ao nível de um única monocamada e sem contaminação pelos materiais depositados sequencialmente. A microscopia confocal de fluorescência (CFM) e espectroscopia de fluorescência resolvida no tempo (FLIM) foram utilizadas para caracterizar a dinâmica do exciton e o seu confinamento nos poços quânticos. As medidas de CFM demonstraram que excitons que são gerados na barreira de PFO são eficientemente transferidos para o PPV. Além disso, o tempo de decaimento da emissão PFO residual é fortemente reduzido devido a processos de migração concorrentes no poço. O tempo de decaimento de PPV diminui substancialmente para poços com espessuras abaixo de 5 nm como resultado da auto-aniquilação do exciton. Dessa forma, as estruturas de MQW obtidos pela técnica de SA-LbL podem ser usadas para estudar a transferência de energia, efeitos túneis e para a construção de novos dispositivos optoelectrónicos com maior eficiência. / The understanding of surface/interface processes and their effects on optical/electrical properties of organic materials is of strong technological importance. This research describes the fabrication and characterization of extremely thin (thickness <10 nm) and homogeneous multilayered polymeric structures including polymer/poly-electrolyte layers and structures with energy modulation such as quantum well. Our main purpose was the study of charge and energy transfer processes in such energy modulated structures. The luminescent polymers used were Poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) (PFO) and poly(p-phenylenevinylene) (PPV). PPV has been obtained from the poly(xylyliden tetrahydrothiophenium chloride) (PTHT) precursor. The so-called Spin Self-Assembly Layer-by-Layer deposition method (SA-LbL) was utilized to obtain the films. Absorption measurements confirmed the linear growth of layers using for polyelectrolyte/polyelectrolyte and polymer/polyelectrolyte interfaces. In order to understand the &pi;-electron transfer from the conjugated polymer to charged states of the polyelectrolyte, the configurations of the polymeric structures were modified by depositing different polyelectrolyte monolayer on the polymer film. We observed that &pi;-electrons were effectively transferred to polyelectrolytes that have high electron affinities. This effect strongly affects both absorption and conduction features of such very thin polymeric film. The absorption is restored after the conversion of PTHT in PPV. Photoluminescence measurements on PFO/PPV films result in emission curves with characteristic peaks of both polymers, confirming that SA-LbL technique allows deposition of multilayer polymeric structures. The various film configurations elucidates the transfer processes occurring at different interfaces like: change of polyelectrolyte deposition order, number of PTHT/DBS bilayers and introduction of spacers. In addition, Single Quantum Well (SQW), i.e., structures consisted of PPV layer surrounded of 10 nm thick PFO barriers were obtained. Optical absorption, PL and excitation spectroscopy showed an efficient excited state migration from the PFO barrier to the PPV well. The confocal image homogeneity demonstrated the layer coverage control at a monolayer level and without layer intermixing of the sequentially deposited polymeric materials. High resolution Confocal Fluorescence Microscopy (CFM) and Fluorescence Life spectroscopy and Imaging (FLIM) were used to characterize the exciton dynamics and confinement in quantum well. The CFM measurements demonstrated that excitons generated at the PFO barrier are efficiently transferred to the PPV well. Furthermore, the decay time of the residual PFO emission is strongly reduced due to the competing migration process in the well. The decay time of PPV decreases substantially for well thicknesses below 5 nm as a result of exciton self-annihilation. Thus, the MQW structures obtained by SA-LbL technique can be used to study energy transfer, tunneling effects and to build up new optoelectronic devices with greater efficiency.

Entender os processos em superfície/interface de filmes e seus efeitos sobre as propriedades ópticas e elétricas de materiais orgânicos é de grande importância tecnológica. Esta pesquisa descreve a fabricação e caracterização de filmes poliméricos extremamente finos (espessura <10 nm) e homogêneos compostos por camadas de polímero/polieletrólitos e estruturas com modulação de energia ou poços quânticos. O objetivo principal foi o estudo dos processos de transferência de carga e energia em tais estruturas. Os polímeros luminescentes utilizados foram poli(9,9 dioctilfluoreno) (PFO) poli(p-fenileno vinileno (PPV). O PPV foi obtido a partir do precursor poli(cloreto de tetraidrotiofeno de xililideno) (PTHT). A técnica de deposição denominada deposição camada por camada assistida por spin (SA-LbL) foi utilizada para obtenção dos filmes. Medidas de absorbância confirmaram o crescimento linear das camadas para as interfaces polieletrólito/polieletrólito e polímero/polieletrólito. Com o objetivo de entender a transferência do elétron &pi; do polímero conjugado para o polieletrólito, as configurações das estruturas poliméricas foram alteradas através da deposição de diferentes monocamadas de polieletrólito sobre o filme polimérico. Observamos que os elétrons &pi; foram efetivamente transferidos para os polieletrólitos que possuem alta afinidades eletrônica. Este efeito interfere fortemente na absorção bem como nas características de condução do filme polimérico ultrafino. A absorção é restabelecida após a conversão de PTHT em PPV. Medidas de fotoluminescência (PL) em filmes PFO/PPV resultam em curvas de emissão com picos característicos de ambos os polímeros, o que confirma que a técnica SA-LbL permite a deposição de estruturas poliméricas multicamadas. As várias configurações de filmes obtidas elucidaram os processos de transferência que ocorrem em diferentes interfaces, tais como: mudança da sequencia de deposição do polieletrólito, número de camadas duplas PTHT/DBS e a introdução de camadas separadoras. Além disso, um único poço quântico, ou seja, estruturas formadas por uma camada PPV cercada por barreiras de PFO com 10 nm de espessura foram obtidas. Medidas de absorbâcia, PL e excitação mostraram uma eficiente migração estado excitado da barreira de PFO para o PPV (poço). A homogeneidade da imagem confocal, demonstrou um rigoroso controle da camada de cobertura ao nível de um única monocamada e sem contaminação pelos materiais depositados sequencialmente. A microscopia confocal de fluorescência (CFM) e espectroscopia de fluorescência resolvida no tempo (FLIM) foram utilizadas para caracterizar a dinâmica do exciton e o seu confinamento nos poços quânticos. As medidas de CFM demonstraram que excitons que são gerados na barreira de PFO são eficientemente transferidos para o PPV. Além disso, o tempo de decaimento da emissão PFO residual é fortemente reduzido devido a processos de migração concorrentes no poço. O tempo de decaimento de PPV diminui substancialmente para poços com espessuras abaixo de 5 nm como resultado da auto-aniquilação do exciton. Dessa forma, as estruturas de MQW obtidos pela técnica de SA-LbL podem ser usadas para estudar a transferência de energia, efeitos túneis e para a construção de novos dispositivos optoelectrónicos com maior eficiência. / The understanding of surface/interface processes and their effects on optical/electrical properties of organic materials is of strong technological importance. This research describes the fabrication and characterization of extremely thin (thickness <10 nm) and homogeneous multilayered polymeric structures including polymer/poly-electrolyte layers and structures with energy modulation such as quantum well. Our main purpose was the study of charge and energy transfer processes in such energy modulated structures. The luminescent polymers used were Poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) (PFO) and poly(p-phenylenevinylene) (PPV). PPV has been obtained from the poly(xylyliden tetrahydrothiophenium chloride) (PTHT) precursor. The so-called Spin Self-Assembly Layer-by-Layer deposition method (SA-LbL) was utilized to obtain the films. Absorption measurements confirmed the linear growth of layers using for polyelectrolyte/polyelectrolyte and polymer/polyelectrolyte interfaces. In order to understand the &pi;-electron transfer from the conjugated polymer to charged states of the polyelectrolyte, the configurations of the polymeric structures were modified by depositing different polyelectrolyte monolayer on the polymer film. We observed that &pi;-electrons were effectively transferred to polyelectrolytes that have high electron affinities. This effect strongly affects both absorption and conduction features of such very thin polymeric film. The absorption is restored after the conversion of PTHT in PPV. Photoluminescence measurements on PFO/PPV films result in emission curves with characteristic peaks of both polymers, confirming that SA-LbL technique allows deposition of multilayer polymeric structures. The various film configurations elucidates the transfer processes occurring at different interfaces like: change of polyelectrolyte deposition order, number of PTHT/DBS bilayers and introduction of spacers. In addition, Single Quantum Well (SQW), i.e., structures consisted of PPV layer surrounded of 10 nm thick PFO barriers were obtained. Optical absorption, PL and excitation spectroscopy showed an efficient excited state migration from the PFO barrier to the PPV well. The confocal image homogeneity demonstrated the layer coverage control at a monolayer level and without layer intermixing of the sequentially deposited polymeric materials. High resolution Confocal Fluorescence Microscopy (CFM) and Fluorescence Life spectroscopy and Imaging (FLIM) were used to characterize the exciton dynamics and confinement in quantum well. The CFM measurements demonstrated that excitons generated at the PFO barrier are efficiently transferred to the PPV well. Furthermore, the decay time of the residual PFO emission is strongly reduced due to the competing migration process in the well. The decay time of PPV decreases substantially for well thicknesses below 5 nm as a result of exciton self-annihilation. Thus, the MQW structures obtained by SA-LbL technique can be used to study energy transfer, tunneling effects and to build up new optoelectronic devices with greater efficiency.

Materiais cerâmicos têm se mostrado atrativos para o desenvolvimento de novos materiais funcionais avançados no estado-da-arte especialmente devido às suas propriedades ópticas, magnéticas e eletrônicas moduláveis. Materiais luminescentes (incluindo os materiais fosforescentes, fluorescentes e persistentes), são promissores para muitas aplicações tecnológicas como LEDs, sinalização de atenção, biomarcadores etc.; assim, o estudo dos seus fenômenos ópticos tem um papel fundamental na engenharia de materiais mais eficientes. Os materiais que apresentam o fenômeno de luminescência persistente são capazes de emitir luz por longos períodos de tempo após cessada a fonte de irradiação. O método cerâmico, no qual altas temperaturas (> 1000 °C) e longos tempos de tratamento térmico (> 10 h) são requeridos, é o método de síntese mais usado para obtenção dessa classe de materiais. Portanto, há a necessidade do desenvolvimento de métodos mais rápidos, de menor consumo de energia e mais baratos para síntese desses compostos. Nesta tese, compostos com luminescência persistente de fórmula geral Sr2MgSi2O7:Eu2+,TR3+ foram preparados pelos métodos cerâmico-CCM (TR3+: Y, La-Lu) de coprecipitação-CPC (TR; Dy) e de estado sólido assistido por micro-ondas-MASS(TR: Dy) com o objetivo de investigar a influência dos métodos de síntese nas suas propriedades fotônicas. A caracterização dos materiais foi feita para explorar aspectos fundamentais dos compostos por uma ampla variedade de técnicas utilizadas, tais como, TGA, DTA, FTIR, XRD, SEM, NTA, XAS, PL e TL. De forma concisa, os principais resultados desta tese incluem a obtenção da fase cristalina desejada para o material particulado, com especial atenção às amostras obtidas em apenas 25 minutos de síntese pelo método MASS, correspondendo a um processo quase 20 vezes mais rápido do que o método cerâmico tradicional. Os materiais apresentaram uma larga banda de excitação entre 225 e 450 nm, atribuída às transições 4f7(8S7/2)&38594;4f65d1(2D) do íon Eu2+, indicando que estes materiais absorvem luz do UV ao visível. O comportamento de emissão destes materiais é bem descrito pela banda larga em 470 nm atribuída à transição 4f65d1(2D)&#8594;4f7(8S7/2) do íon Eu2+ na região do azul. A eficiência da luminescência persistente se mostrou um parâmetro fortemente dependente do codopante utilizado e do método de síntese. Os resultados de termoluminescência e de decaimento de luminescência persistente indicam que os materiais codopados com Tm3+ e Dy3+ são aqueles com maior tempo de emissão da luminescência persistente e que o método MASS o que produz materiais mais eficientes. Sendo assim, foi possível demonstrar a obtenção e os aspectos fundamentais das propriedades fotônicas do composto Sr2MgSi2O7:Eu2+,TR3+ com luminescência persistente de mais de 125 minutos, usando um método de síntese mais rápido, mais barato e de menor consumo de energia. / Ceramic materials have been attractive to the development of new state-of-the-art advanced functional materials, especially due to their tunable optical, magnetic and electronic properties. Luminescent materials (including phosphorescent, fluorescent and persistent materials) are promising to many technological applications such as LEDs, warning signs, medical biomarkers, etc.; thus, the studies of their optical phenomena play an important role in efficient materials engineering. Materials presenting persistent luminescence phenomenon are capable to emit light for long periods of time after ceased the irradiation source. The Ceramic Method, in which high temperatures (>1000 °C) and long-time thermal treatments (>10 h) are required, is the most common synthesis method used to obtain this class of materials. Therefore, the development of faster, energy-efficient and lower-prices synthesis methods is needed. In this work, persistent luminescent compounds with general formulae Sr2MgSi2O7:Eu2+,TR3+ were prepared via: ceramic method (CCM - RE3+: Y, LaLu), co-precipitation method (CPC, RE3+: Dy) and microwave-assisted solid-state method (MASS - RE3+: Dy) in order to investigate the influence of synthesis method parameters in their photonic properties. Important aspects of the materials characterization were explored using a wide range of techniques such as TGA, DTA, FTIR, PXRD, SEM, NTA, XAS, PL and TL. In summary, the main results of the thesis include the obtention of the desired phase powder materials, with special attention to the samples prepared via MASS method within 25 min of synthesis time, almost 20 times faster than the CCM method. The materials have shown a broad absorption band (from 225 to 450 nm) assigned to the Eu2+ 4f7(8S7/2)&#8594; 4f65d1(2D) transition, showing that the materials absorb light from UV to visible. The emission behavior of these materials is well described by its 470 nm-centered broad emission band in the blue region of the visible range. The persistent luminescence efficiency is strongly dependent on the co-dopants as well as synthesis methods. The thermoluminescence and the persistent emission decay analysis indicate that Tm3+ and Dy3+ co-doped materials have the longest emission time and that MASS synthesis produce the most efficient materials. All pointed, we have demonstrated the obtention and the fundamental aspects of photonic properties of the Sr2MgSi2O7:Eu2+,TR3+ materials with persistent luminescence lasting for more than 125 min using a faster, cheaper and lower-energy synthesis method.

Os polímeros conjugados luminescentes são materiais com grande potencial tecnológico, mas apesar de estudados desde a década de 80, algumas de suas propriedades óticas ainda não foram totalmente entendidas. Por exemplo, ainda persistem dúvidas quanto à natureza das suas excitações primárias. Nesse sentido foi feito um estudo da fotoluminescência do poli[2-metoxy-5-(2-etil-hexiloxi)-1,4-fenileno vinileno] (MEH-PPV), polímero semicondutor luminescente cujas propriedades ópticas já foram muito investigadas. Além da banda de absorção principal na região visível do espectro, ele possui três bandas no ultravioleta. O objetivo deste trabalho é investigar a fotoluminescência do MEH-PPV quando excitado na região do ultravioleta. Após fotoexcitação no ultravioleta, observou-se apenas a fotoluminescência usual no visível. A intensidade da emissão depende fortemente da energia de excitação, da temperatura e da estrutura morfológica do sistema polimérico, determinada pelo método de preparação das amostras. Os resultados indicam que os estados excitados no ultravioleta relaxam rapidamente de forma não-radiativa até os estados de menor energia, de onde então ocorre a luminescência. Entretanto, a eficiência da fotoluminescência excitada no ultravioleta é consideravelmente reduzida, indicando que a excitação a altas energias abre novos canais de relaxação não-radiativos. / Luminescent semiconducting polymers are technological promising materials, but although studied since the 80’s some of their optical properties have not yet been fully understood. For instance, the nature of their primary excitations is still on debate. Therefore we proposed to study the photoluminescence following photoexcitation in the ultraviolet of the polymer poly(2-methoxy-5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene) (MEH-PPV). It is a semiconducting luminescent polymer with a main absorption band in the visible part of the spectrum, but with three other absorption bands in the ultraviolet. After ultraviolet photoexcitation it was observed only the usual visible photoluminescence. The intensity of photoluminescence depends strongly on temperature, excitation wavelength and morphological structure of the polymer, determined by the method of sample preparation. The results show that by ultraviolet excitation the excited states relax rapidly non-radiatively to the lower energy states, from where luminescence results. However, the photoluminescence efficiency with ultraviolet photoexcitation is considerably reduced, implying that the highly excited states in the polymer have more non-radiative relaxation channels available.

Neste trabalho apresenta-se a obtenção e caracterização de materiais luminescentes baseados em matrizes mesoporosas incorporadas com espécies moleculares altamente emissivas; o corante rodamina 6G (R6G) e o complexo de irídio (III) (N,N-trans-[Ir-(1-benzil-4-(2,4-difluorofenil)-1,2,3-triazol)2(4,4´-dimetil-2,2´-bipiridina)]+). Na incorporação da R6G foram explorados xerogéis mesoporosos sílica de composições puramente inorgânica e modificada com grupos aromáticos, além de vidros mesoporosos sódio aluminosilicato. O complexo de Irídio (III) foi incorporado somente aos vidros sódio aluminosilicato. As matrizes hospedeiras preparadas por metodologia sol-gel foram planejadas e desenvolvidas em consonância com as propriedades físico-químicas das espécies emissoras, a fim de promover maior incorporação e dispersão molecular via diferentes interações químicas. Por exemplo, no caso da sílica modificada com grupos aromáticos, espera-se que haja interação por afinidade química entre tais grupos e as ligações insaturadas das moléculas de R6G, resultando em maior taxa de incorporação e de retenção do centro emissor, bem como minimizando agregações moleculares. No caso dos vidros sódio aluminosilicato, a incorporação de ambas espécies catiônicas, o corante e o complexo de Ir(III), ocorre via troca iônica com íons Na+, que atuam como compensadores de carga dos sítios (AlO4)- da rede. Neste caso, um controle de dispersão molecular do centro emissor foi proposto variando-se a relação Si/Al na matriz (entre 2 e 9), a fim de promover a distribuição espacial dos sítios aniônicos ativos (AlO4)- entre os sítios neutros SiO4. A partir dessas abordagens foram obtidos materiais luminescentes quimicamente estáveis, com alto grau de dispersão molecular, fácil preparação, e excelentes propriedades fotofísicas. Previamente à incorporação, as matrizes foram caracterizadas do ponto de vista estrutural por diversas técnicas de RMN de estado sólido, DRX e sorção de N2. As propriedades fotofísicas dos emissores em solução e em estado sólido foram caracterizadas por medidas de absorção UV-Vis, espectroscopia óptica, tempo de vida de estado excitado e rendimento quântico absoluto. Adicionalmente, as matrizes contendo R6G foram submetidas a testes de ação laser e fotoestabilidade. Os resultados destes sistemas foram analisados com base na teoria do éxciton (em inglês, Single Exciton Theory). No que concerne os sistemas contendo o complexo de Irídio (III), suas propriedades fotofísicas foram relacionadas à eletrônica do centro emissor obtida por teoria do funcional de densidade (em inglês, Density Functional Theory, DFT). Neste caso, a partir do tratamento convencional realizado para moléculas em estado líquido, foram desenvolvidos e analisados métodos alternativos para tratar o problema em uma matriz hospedeira. O formalismo aplicado contribuiu para uma descrição detalhada da estrutura eletrônica do complexo, bem como mudanças devido à inserção deste na matriz. / This work presents the preparation and characterization of luminescent materials based on mesoporous host matrices loaded with highly emissive molecular species (the organic dye Rhodamine 6G (R6G), and the Iridium (III) complex (N,N-trans-[Ir-(1-benzyl-4-(2,4-difluorophenyl)-1,2,3-triazole)2(4,4´-dimethyl-2,2´-bipyridine)]+). In the case of R6G loading we have explored purely inorganic and organically modified silica compositions, as well as sodium-aluminosilicate glasses. The Ir(III) complex was loaded solely into the sodium-aluminosilicate glasses. The host matrices were designed and developed, via sol gel methodology, in consonance with the physicalchemical properties of the emitters aiming at improved molecular incorporation and dispersion through various chemical interactions. For instance, in the case of silica modified with aromatic groups, interaction among such groups with the unsaturated bonds of the R6G molecule is expected, resulting in higher molecular incorporation and retention efficiencies, as well as decreased aggregation. In the case of the sodium-aluminosilicate glasses, the loading of both cationic species, dye and Ir(III) complex, takes place via ionic exchange with Na+ at the (AlO4)- network sites. In this case, control of molecular dispersion of the emitting center was attempted by varying the Si/Al ratio in the matrix (between 2 and 9), so as to promote the spatial distribution of the active anionic sites among neutral SiO4 sites. Through these approaches, we were able to obtain materials with high chemical stability, high molecular dispersion, facile and low cost obtainment and excellent photophysical properties. Prior to loading, the matrices were characterized from the structural point of view through several solid state NMR techniques, XRD and N2 sorption. The photophysical properties of the emitters in solution and in the solid state were characterized and compared through UV-Vis absorption and emission, excited state lifetimes and absolute quantum yields measurements. Moreover, the R6G loaded materials were tested in a laser cavity with respect to their laser efficiencies and photo stabilities. The results of these systems were analyzed in terms of the Single Exciton Theory. As for the materials loaded with Ir(III) complex, the photophysical studies were complemented by a theoretical approach though Density Functional Theory, DFT. From the conventional treatment performed for iridium (III) complexes in liquid state, alternative methods were developed and analyzed for treating the problem in the host matrix. The applied formalism contributed to a detailed description of the electronic structure of the complex, as well as of the changes perceived due to insertion in the matrix.

A luminescência persistente é um fenômeno em que o material emite radiação de segundos a várias horas após cessada a irradiação (luz, radiação UV, feixe de elétrons, etc.). No entanto, os mecanismos que geram o fenômeno da luminescência persistente ainda não são totalmente estabelecidos. Neste trabalho os materiais Lu2O3:TR3+,M (TR,M: Pr,HfIV; Eu, Ca2+ ou Tb,Ca2+) foram preparados pelo método de estado-sólido assistido por micro-ondas (MASS) e comparados com aqueles sintetizados pelo método cerâmico. As vantagens do método MASS incluem curto tempo de processamento, aquecimento dielétrico seletivo, baixo consumo de energia e uso de equipamentos de baixo custo (forno micro-ondas doméstico), muitas vezes produzindo produtos de alta pureza e alto rendimento. Os materiais foram caracterizados pelas técnicas de espectroscopia de absorção na região do infravermelho (IR), espectroscopia Raman, difração de raios X método do pó (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), X-ray absorption near edge structure (XANES), Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), X-ray Excited Optical Luminescence (XEOL), espectroscopia de fotoluminescência na região do UV-Visível, espectroscopia de fotoluminescência na região do UV-UV vácuo e termoluminescência (TL). Os fósforos Lu2O3:TR3+,M (TR,M: Pr,HfIV; Eu, Ca2+ ou Tb,Ca2+) foram preparados em um curto período de tempo (22-26 min) pelo método MASS utilizando forno micro-ondas doméstico, carvão ativado como susceptor, fluxos (H3BO3 ou Na2CO3) e sem a aplicação de gases. Todos materiais preparados com fluxo de H3BO3 exibem impurezas de LuBO3 que foram quantificadas por refinamento Rietveld. Os fluxos e os dopantes não alteraram consideravelmente a estrutura cristalina da matriz C-Lu2O3. As micrografias MEV sugerem que o fluxo de Na2CO3 e os precursores nitratos geram partículas de Lu2O3 com tamanho menor devido a evolução de gases provenientes da decomposição destes compostos. Por outro lado, quando é usado óxidos como precursores os materiais apresentam maiores tamanhos de partícula e na presença de H3BO3 leva a maior agregação. Os dados de XANES indicam que houve completa redução do íon TbIV &#8594 Tb3+ e parcial do PrIV &#8594 Pr3+, devido ao uso de carvão ativado que gera CO(g) durante o tratamento térmico. Os espectros da luminescência persistente indicam emissões nas regiões do vermelho/NIR, vermelho alaranjado e verde atribuídas as transições 4fN &#8594 4fN características dos íons Pr3+, Eu3+ e Tb3+, respectivamente. As diferenças entre os espectros registrados sob excitação UV e após cessada a irradiação podem ser explicadas pela emissão da luminescência persistente predominante dos íons TR3+ no sítio S6 do que no C2. Além disso, a co-dopagem aliovalente com os íons HfIV e Ca2+ aumentam a intensidade e duração da luminescência persistente. Isto ocorre através da geração de armadilhas provenientes dos dois co-dopantes nos sítios de Lu3+ e por defeitos produzidos na compensação de carga. Os materiais fotônicos preparados pelo método MASS com fluxo de H3BO3 apresentam maior intensidade e duração da luminescência persistente comparados aos preparados pelo método cerâmico ou sem a presença de H3BO3. Os mecanismos da luminescência persistente foram desenvolvidos através de princípios similares baseados nos dados experimentais da energia do band gap, posição dos níveis de energia dos íons TR3+/2+ na matriz e energia das armadilhas. Isto confirma a solidez da interpretação dos dados experimentais dos materiais Lu2O3:TR3+,M exibindo luminescência persistentes e encoraja a expansão de modelos similares para outros materiais apresentando esse fenômeno. Os fósforos Lu2O3:Pr3+,HfIV,Lu2O3:Eu3+(,Ca2+) e Lu2O3:Tb3+,Ca2+) apresentaram sintonização de cores de emissão tanto para o fenômeno da fotoluminescência como da luminescência persistente, podendo atuar como bons candidatos nas aplicações de bioimageamento ou sensibilizadores de células solares. / Persistent luminescence is a phenomenon where the material emits radiation from seconds to several hours after cessation of irradiation (light, UV radiation, electron beam, etc.). The persistent luminescence mechanisms are not entirely established, however. In this work, the materials Lu2O3:TR3+,M (TR,M: PrHfIV; Eu, Ca2+ or Tb,Ca2+) were prepared by MASS method as well as compared to these materials synthetized by ceramic method. The advantages of MASS method include short processing time, selective dielectric heating, low energy consumption and use of inexpensive equipment (domestic microwave oven), often affording high-purity and high-yield products. The materials were characterized by Infrared absorption spectroscopy (IR), Raman spectroscopy, X-ray powder diffraction (XPD), Scanning electron microscopy (SEM), X-ray absorption near edge structure (XANES), Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), X-ray excited optical luminescence (XEOL), photoluminescence spectroscopy in the UV-Visible range, photoluminescence spectroscopy in the UV-UV vacuum region and thermoluminescence (TL). The phosphorsLu2O3:TR3+,M (TR,M: Pr,HfIV; Eu, Ca2+ or Tb,Ca2+) were rapidly (22-26 min) and successfully prepared by MASS method using a domestic microwave oven, carbon as susceptor, fluxes (H3BO3 or Na2CO3) and without special gases application. All materials prepared with H3BO3 flux exhibit LuBO3 impurities that were quantified by Rietveld refinement. The flux and dopants does not considerably affect the crystalline structure of the C-Lu2O3 host matrix. Scanning electron micrographs suggest that Na2CO3 flux and nitrates precursors produce Lu2O3 particles of small size due to the gases evolution from the decomposition of these compounds. On the other hand, the materials prepared from oxides precursors have particles of large size and H3BO3 flux induces particle xi aggregation. The carbon used as the susceptor generates CO gas, leading to complete reduction of TbIV to Tb3+ and partial conversion of PrIV to Pr3+ present in the Tb4O7 and Pr6O11 precursors, as indicated by XANES. Persistent luminescence spectra of the materials show emission in the red/NIR, reddish orange and green ranges assigned to the 4fN &#8594 4fN transitions characteristics of Pr3+, Eu3+ and Tb3+ ions, respectively. Differences between the spectra recorded under UV excitation and after ceased the irradiation can be explained by the predominant persistent luminescence emission of TR3+ ion in the S6 site rather than TR3+ in the C2 site. In addition, inclusion of HfIV and Ca2+ codopants in the Lu2O3 host increases the emission intensity and duration of persistent luminescence due to generation of traps caused by charge compensation in the lattice as well as these metal ions in the Lu3+ sites. The photonic materials prepared by MASS method with H3BO3 flux show higher persistent luminescence performance than those prepared by the ceramic method or MASS without flux. The persistent luminescence mechanisms were developed through similar principles based on experimental data of band gap energy, energy level positions of TR3+/2+ ions in the host and traps energy. This similarity confirms the consistency of the interpretation of experimental data for the Lu2O3:TR3+,M materials and encourages the expansion of similar models for other persistent luminescence materials. Color tuning of persistent luminescence in Lu2O3:TR3+,M (TR,M: Pr,HfIV; Eu,Ca2+ or Tb,Ca2+) provides potential applications in bioimaging as well as in solar cell sensitizers.