[pt] Os dispositivos orgânicos de conversão ascendente são dispositivos eletrônicos que convertem luz infravermelha em luz visível. Para isso, utilizam fotodetectores orgânicos com bandas de absorção na faixa do infravermelho próximo (NIR) que absorvem fótons de baixa energia e, utilizando uma determinada arquitetura de filmes finos orgânicos capazes de transportar, bloquear e recombinar portadores de carga, emitem fótons de mais alta energia na faixa visível. Nos últimos anos, os OUDs tornaram-se candidatos-chave para uma ampla gama de aplicações em medicina, comunicação óptica, segurança, sensores químicos e biológicos, entre outras. O caminho percorrido até hoje na construção desses dispositivos é consideravelmente curto, devido à sua complexidade de fabricação e aos desafios técnicos necessários para alcançar boas eficiências e estabilidade operacional, motivo pelo qual tem poucos trabalhos na literatura. Pelo anterior, esse trabalho visou contribuir na pesquisa dos OUDs, explorando seu funcionamento desde novas arquiteturas não reportadas. Assim, foram fabricados OUDs por deposição térmica resistiva com diferentes ftalocianinas e naftalocianinas como camadas fotodetectoras: a ftalocianina de estanho SnPc, a naftalocianina de estanho SnNc e a ftalocianina de cloroalumínio ClAlPc, todas apresentando bandas de absorção no NIR. Uma vez fabricados os dispositivos foram caracterizados do ponto de vista elétrico (curvas de corrente em função da voltagem) e óptico (luminância) no Laboratório de Optoeletrônica Molecular (LOEM). Como resultado, a naftalocianina SnNc apresentou os melhores parâmetros de desempenho: densidade de corrente da ordem de 10-2 𝑚𝐴 𝑐 𝑚 22, razão de brilho 𝐿 𝑁𝐼𝑅 𝐿 𝐷𝐴𝑅𝐾 por volta de 2350 em 12 V e eficiência de conversão fóton–fóton de 4,8%. Os demais compostos, SnPc e ClAlPc, também apresentaram resultados favoráveis para seus parâmetros, atingindo eficiências de conversão fóton–fóton de 3,7% e 3,4% respectivamente. / [en] Organic Up-Conversion Devices (OUDs) are electronic devices that convert infrared light into visible light. To achieve this, they utilize organic photodetectors with absorption bands in the near-infrared (NIR) range that absorb low-energy photons. By using a specific architecture of organic thin films capable of transporting, blocking, and recombining charge carriers, they emit higher-energy photons in the visible range. In recent years, OUDs have become key candidates for a wide range of applications in medicine, optical communication, security, chemical and biological sensors, among others. The path taken so far in the construction of these devices is considerably short due to their manufacturing complexity and the technical challenges required to achieve good efficiencies and operational stability. This is why there are few works in the literature on this subject. Given this context, this work aimed to contribute to the research on OUDs by exploring some characteristics and investigating their operation using previously unreported architectures. Thus, OUDs were fabricated by resistive thermal deposition using different phthalocyanines and naphthalocyanines as photodetector layers: tin phthalocyanine SnPc, tin naphthalocyanine SnNc, and chloroaluminum phthalocyanine ClAlPc, all presenting absorption bands in the NIR. Once the devices were fabricated, they were characterized from an electrical perspective (current-voltage curves) and an optical perspective (luminance) at the Molecular Optoelectronics Laboratory (LOEM). As a result, naphthalocyanine SnNc exhibited the best performance parameters: current density of the order of 10-2 𝑚𝐴 𝑐 𝑚 22, brightness ratio 𝐿 𝑁𝐼𝑅 𝐿 𝐷𝐴𝑅𝐾 of around 2350 at 12 V, and photon–photon conversion efficiency of 4.8%. The other compounds, SnPc and ClAlPc, also showed favorable results for their parameters, achieving photon–photon conversion efficiencies of 3.7% and 3.4%, respectively.

O presente trabalho trata da preparação e da caracterização de sistemas contendo tetrassulfoftalocianinas de Co(II) (CoPcTs) e Fe(III) (FePcTs) intercaladas ou somente adsorvidas externamente em matrizes de hidróxidos duplos lamelares (HDLs). Foram sintetizados materiais com composições variadas e empregando-se diferentes métodos de síntese visando, principalmente, o isolamento de materiais com microporosidade intracristalina e/ou com um baixo grau de agregação da ftalocianina. Técnicas de caracterização textural (difração de raios-X e medidas de área superficial) e espectroscópicas (vibracional na região do infravermelho, eletrônica no UV/visível, ressonância paramagnética eletrônica e absorção de raios-X), além das análises elementar (C, H, N e metais) e termogravimétrica foram utilizadas para a caracterização dos sólidos sintetizados. Avaliaram-se os materiais como catalisadores na reação de oxidação do 2,6-di-terc-butilfenol e do catecol, utilizando O2ou H2O2 como oxidantes. Nos materiais isolados contendo a CoPcTs intercalada em HDLs com composição MgxAl (x = 2, 3 e 4) e ZnxAl (x = 4 e 5), a ftalocianina está orientada perpendicularmente às lamelas do HDL, independentemente do método de síntese e da composição dos HDLs utilizados. Adicionalmente, constatou-se que a CoPcTs intercalada está altamente agregada e que os materiais não possuem microporosidade. Porém, a diminuição da densidade de carga do HDL provoca uma pequena diminuição na agregação da CoPcTs. Sob determinada condição sintética, a CoPcTs intercalada nos HDLs ZnxAl sofre o processo de enxertia através dos grupos sulfônicos. Quando testados como catalisadores na oxidação do 2,6-di-terc-butilfenol, os materiais contendo a CoPcTs intercalada e enxertada apresentaram reatividade inexpressiva, que pode ser devida ao acesso restrito do substrato ao sítio ativo na região interlamelar. Estudos de adsorção da FePcTs em HDLs MgxAl na forma carbonato, investigados por espectroscopia eletrônica UV/Visível in situ, mostraram uma elevada tendência de agregação da ftalocianina na superfície dos HDLs. Os espectros eletrônicos indicaram também que diferentes espécies derivadas da FePcTs são formadas durante o processo de adsorção nos HDLs e que a densidade de carga influencia o tipo de espécie adsorvida: há predominância de um dímero do tipo µ-oxo nos HDLs Mg2Al e Mg3Al e do dímero (FePcTs)2 no HDL Mg4Al. Os espectros de absorção de raios-X (XANES) da FePcTs adsorvida nos HDLs MgxAl mostraram que as espécies adsorvidas apresentam geometria piramidal de base quadrada (C4v) e/ou octaédrica (Oh), corroborando com os dados de espectroscopia no UV/Visível. Já os espectros de ressonância paramagnética eletrônica mostraram que a ftalocianina de Fe(III) quando adsorvida nos HDLs gera uma mistura de espécies com configuração de baixo spin e alto spin e, também, elevada distorção rômbica. A FePcTs adsorvida nos HDLs MgxAl apresentou estabilidade e reatividade catalítica superior quando comparada com a ftalocianina livre na oxidação dos fenóis. A ftalocianina adsorvida na superfície externa do HDL deve favorecer o acesso do substrato ao sítio ativo. Uma correlação entre os estudos de adsorção e os resultados dos testes catalíticos mostrou que a espécie dimérica do tipo µ-oxo pode ser a espécie mais ativa na oxidação dos fenóis. Nestes sistemas, as camadas positivas do HDL devem provocar um enfraquecimento da ligação O-H do fenol, facilitando a sua desprotonação (uma das etapas do mecanismo de oxidação). Este último efeito pareceu atuante, pois foram observadas reatividades crescentes dos catalisadores à medida que se aumentava a densidade de carga do HDL. Estes resultados indicaram que existe um efeito cooperativo nos HDLs MgxAl contendo a FePcTs adsorvida, mostrando que o HDL não atua como um suporte inerte nos processos estudados. / The present work describes the preparation and characterization of materials containing Co(II) and Fe(III) tetrasulfonated phthalocyanines (CoPcTs and FePcTs, respectively) intercalated or adsorbed on layered double hydroxides (LDHs). Different compositions and synthetic methods were used to isolate materials with microporosity and/or the phthalocyanine in a low aggregation degree. X-ray diffraction analysis, surface area measurements, spectroscopic techniques (infrared, UV/visible and X-ray absorption), elemental analysis and thermogravimetry were used to characterize the solids. The materials were tested as catalysts in the 2,6-di-terc-butilfenol and catechol oxidation, using O2 or H2O2 as oxidants. In the materials prepared by intercalation of the CoPcTs in MgxAl (x = 2, 3 and 4) and ZnxAl (x = 4 and 5) LDHs, the phthalocyanine is perpendicularly orientated related to the LDH layers, regardless of synthetic method or LDH composition used. In addition, it was observed that the intercalated phthalocyanine is aggregated and the solids do not have microporous. However, the aggregation degree of the phthalocyanine is slightly lower when the LDH charge density decreases. Under a particular synthetic conditions the CoPcTs intercalated in the LDH ZnxAl is grafted through the sulfonic groups. Catalytic tests uisng this material in the 2,6-di-terc-butilfenol oxidation showed a neglectful reactivity, which confirms the aggregation of the intercalated CoPcTs, thus avoiding that the substrate accesses the reactive center. In an adsorption study carried by monitoring in situ the FePcTs UV/Vis electronic spectra during its addition to LDH suspensions, a strong tendency of aggregation was observed for the FePcTs. In addition, different FePcTs species are formed during the adsorption process on the LDHs, which is influenced by the LDH charge density: the µ-oxo complex is the main species adsorbed on the Mg2Al and Mg3Al LDHs, whereas for Mg4Al the non oxo-bridged dimeric complex prevailed. X-ray absorption spectra (XANES) of the adsorbed FePcTs on the MgxAl LDHs showed that the species present a square-pyramidal (C4v) and/or an octahedral (Oh) symmetry, in agreement with the UV/visible spectroscopic data. EPR spectra of these samples showed that the FePcTs adsorbed on the LDHs leads to a mixture of Fe(III) high and low spin species along with a strong rhombic distortion. The FePcTs adsorbed on the MgxAl LDHs showed an enhanced catalytic activity and longevity in the phenols oxidation compared to the homogeneous counterpart. The phthalocyanine on the LDH external surfaces allows the access of the substrate to the reactive metal center. A correlation between the adsorption study and the catalytic tests pointed that the FePcTs µ-oxo complex may be the active species in the oxidation of phenols. Furthermore, the positive charge of LDH layers may weaken the O-H bonding in the phenol molecules making them more easily ionized (one step of the phenol oxidation mechanism). This feature seems to be effective because higher activities of the catalysts were observed along with increasing charge density of the LDHs. These results indicated that a cooperative effect takes place in the materials containing the FePcTs adsorbed on the MgxAl LDHs, showing that LDH do not act as an inert support in the studied catalytic reactions.

Neste trabalho, descreve-se a síntese, caracterização e propriedades dos complexos derivados da tetra(3,4-piridil)porfirazina com os grupos [Ru(bipy)2Cl]1+. A conjugação eletrônica entre o resíduo piridínico e o anel da porfirazina promovem uma eficiente comunicação entre os grupos periféricos e o central, que é refletido no espectro de emissão e seu correspondente perfil de excitação. Esse tipo de comportamento revela um efeito antena no sistema H2TPyPzTRu, contrastante com as propriedades fotofisicas das porfirinas análogas TPyPRu, onde os grupos piridínicos exibem baixa interação eletrônica ao anel porfirínico. Apesar do forte acoplamento eletrônico entre os grupos perféricos e o central, as propriedades eletrônicas dos complexos de rutênio foram preservadas, exibindo potenciais redox muito próximos dos complexos livres e comportamento espectroeletroquímico típicos de complexos metálicos N-heterocíclicos. Esses aspectos levam a novas perspectivas relacionadas à estrutura dos compostos, pois são potencialmente interessantes para o estudo referente à formação de oxigênio singlete e para PDT. Outro direcionamento desta tese, foi o de explorar a geração de novas interfaces baseadas na formação de pares iônicos constituídos pelas espécies H2TPyPzTRu/CuTSPc em comparação com o filme da espécie catiônica H2TPyPzTRu. Através de medidas de espectroscopia de impedância eletroquímica, foram constatados mecanismos distintos de condução nos filmes formados, que pode ser ou um mecanismo misto envolvendo os complexos periféricos e o anel central da porfirazina, ou um mecanismo de condução eletrônica envolvendo somente o sistema de empilhamento π do anel central da porfirazina. / In this work, we describe the synthesis, characterization and properties of derived tetra(3,4-pyridil)porphyrazine complex containing four [Ru(bipy)2Cl]1+ groups. The electronic conjugation between the pyridinium moiety and the porphyrazine ring promote an efficient communication between the peripherical groups and central ring, which is reflected in the emission spectrum and related excitation profile. The observed behavior reveals an efficient antenna effect in the H2TPyPzTRu system. ln spite of the strong electronic coupling between the central and peripherical groups, the electronic properties of ruthenium complex were preserved, exhibiting redox potencials very close to those of free complexes. These aspects provided new perspectives of exploiting the compound strutures, particularly the oxygen singlet formation and PDT application. Another aspect focused in this investigation was the generation of new interfaces based on ion-pair formation of H2TPyPzTRu/CuTSPc, in comparison with its cationic species H2TPyPzTRu alone. By means of electrochemical impedance spectrocopy, it was shown that the conduction mecanisms in these films involve either the peripherical complex and the central porphyrazine ring.

Résumé indisponible / This PhD work is dedicated to investigate potentialities of phthalocyanines materials to realize a Quartz Crystal Microbalance (QCM) sensor for Benzene, Toluene and Xylenes (BTX) detection in air. The goal is to develop a sensor-microsystem capable of measuring BTX concentrations quantitatively below the environmental guidelines with sufficient accuracy. To achieve these objectives, our strategies mainly focused on experimental works encompassing sensors realization, sensing material characterizations, development of gas-testing facility and sensor testing for different target gases. One of the main aims is to identify most appropriate phthalocyanine material for sensor development. After comparative sensing studies, tert-butyl-copper phthalocyanine based QCM device is found as most sensitive and detail metrological characteristics are further investigated. Results show repeatable, reversible and high magnitude of response, low response and recovery times, sub-ppm range detection limit, high resolutions and combined selectivity of BTX gases among common atmospheric pollutants. Special focus is given to understand the gas/material interactions which are achieved by (a) XRD and SEM characterizations of sensing layers, (b) formalization of a two-step adsorption model and (c) assessing extent of diffusion of target gas in sensing layer. At last, possible ageing of sensor and suitable storage conditions to prevent such effect are investigated.

Neste trabalho, descreve-se a síntese, caracterização e propriedades dos complexos derivados da tetra(3,4-piridil)porfirazina com os grupos [Ru(bipy)2Cl]1+. A conjugação eletrônica entre o resíduo piridínico e o anel da porfirazina promovem uma eficiente comunicação entre os grupos periféricos e o central, que é refletido no espectro de emissão e seu correspondente perfil de excitação. Esse tipo de comportamento revela um efeito antena no sistema H2TPyPzTRu, contrastante com as propriedades fotofisicas das porfirinas análogas TPyPRu, onde os grupos piridínicos exibem baixa interação eletrônica ao anel porfirínico. Apesar do forte acoplamento eletrônico entre os grupos perféricos e o central, as propriedades eletrônicas dos complexos de rutênio foram preservadas, exibindo potenciais redox muito próximos dos complexos livres e comportamento espectroeletroquímico típicos de complexos metálicos N-heterocíclicos. Esses aspectos levam a novas perspectivas relacionadas à estrutura dos compostos, pois são potencialmente interessantes para o estudo referente à formação de oxigênio singlete e para PDT. Outro direcionamento desta tese, foi o de explorar a geração de novas interfaces baseadas na formação de pares iônicos constituídos pelas espécies H2TPyPzTRu/CuTSPc em comparação com o filme da espécie catiônica H2TPyPzTRu. Através de medidas de espectroscopia de impedância eletroquímica, foram constatados mecanismos distintos de condução nos filmes formados, que pode ser ou um mecanismo misto envolvendo os complexos periféricos e o anel central da porfirazina, ou um mecanismo de condução eletrônica envolvendo somente o sistema de empilhamento π do anel central da porfirazina. / In this work, we describe the synthesis, characterization and properties of derived tetra(3,4-pyridil)porphyrazine complex containing four [Ru(bipy)2Cl]1+ groups. The electronic conjugation between the pyridinium moiety and the porphyrazine ring promote an efficient communication between the peripherical groups and central ring, which is reflected in the emission spectrum and related excitation profile. The observed behavior reveals an efficient antenna effect in the H2TPyPzTRu system. ln spite of the strong electronic coupling between the central and peripherical groups, the electronic properties of ruthenium complex were preserved, exhibiting redox potencials very close to those of free complexes. These aspects provided new perspectives of exploiting the compound strutures, particularly the oxygen singlet formation and PDT application. Another aspect focused in this investigation was the generation of new interfaces based on ion-pair formation of H2TPyPzTRu/CuTSPc, in comparison with its cationic species H2TPyPzTRu alone. By means of electrochemical impedance spectrocopy, it was shown that the conduction mecanisms in these films involve either the peripherical complex and the central porphyrazine ring.

O presente trabalho trata da preparação e da caracterização de sistemas contendo tetrassulfoftalocianinas de Co(II) (CoPcTs) e Fe(III) (FePcTs) intercaladas ou somente adsorvidas externamente em matrizes de hidróxidos duplos lamelares (HDLs). Foram sintetizados materiais com composições variadas e empregando-se diferentes métodos de síntese visando, principalmente, o isolamento de materiais com microporosidade intracristalina e/ou com um baixo grau de agregação da ftalocianina. Técnicas de caracterização textural (difração de raios-X e medidas de área superficial) e espectroscópicas (vibracional na região do infravermelho, eletrônica no UV/visível, ressonância paramagnética eletrônica e absorção de raios-X), além das análises elementar (C, H, N e metais) e termogravimétrica foram utilizadas para a caracterização dos sólidos sintetizados. Avaliaram-se os materiais como catalisadores na reação de oxidação do 2,6-di-terc-butilfenol e do catecol, utilizando O2ou H2O2 como oxidantes. Nos materiais isolados contendo a CoPcTs intercalada em HDLs com composição MgxAl (x = 2, 3 e 4) e ZnxAl (x = 4 e 5), a ftalocianina está orientada perpendicularmente às lamelas do HDL, independentemente do método de síntese e da composição dos HDLs utilizados. Adicionalmente, constatou-se que a CoPcTs intercalada está altamente agregada e que os materiais não possuem microporosidade. Porém, a diminuição da densidade de carga do HDL provoca uma pequena diminuição na agregação da CoPcTs. Sob determinada condição sintética, a CoPcTs intercalada nos HDLs ZnxAl sofre o processo de enxertia através dos grupos sulfônicos. Quando testados como catalisadores na oxidação do 2,6-di-terc-butilfenol, os materiais contendo a CoPcTs intercalada e enxertada apresentaram reatividade inexpressiva, que pode ser devida ao acesso restrito do substrato ao sítio ativo na região interlamelar. Estudos de adsorção da FePcTs em HDLs MgxAl na forma carbonato, investigados por espectroscopia eletrônica UV/Visível in situ, mostraram uma elevada tendência de agregação da ftalocianina na superfície dos HDLs. Os espectros eletrônicos indicaram também que diferentes espécies derivadas da FePcTs são formadas durante o processo de adsorção nos HDLs e que a densidade de carga influencia o tipo de espécie adsorvida: há predominância de um dímero do tipo µ-oxo nos HDLs Mg2Al e Mg3Al e do dímero (FePcTs)2 no HDL Mg4Al. Os espectros de absorção de raios-X (XANES) da FePcTs adsorvida nos HDLs MgxAl mostraram que as espécies adsorvidas apresentam geometria piramidal de base quadrada (C4v) e/ou octaédrica (Oh), corroborando com os dados de espectroscopia no UV/Visível. Já os espectros de ressonância paramagnética eletrônica mostraram que a ftalocianina de Fe(III) quando adsorvida nos HDLs gera uma mistura de espécies com configuração de baixo spin e alto spin e, também, elevada distorção rômbica. A FePcTs adsorvida nos HDLs MgxAl apresentou estabilidade e reatividade catalítica superior quando comparada com a ftalocianina livre na oxidação dos fenóis. A ftalocianina adsorvida na superfície externa do HDL deve favorecer o acesso do substrato ao sítio ativo. Uma correlação entre os estudos de adsorção e os resultados dos testes catalíticos mostrou que a espécie dimérica do tipo µ-oxo pode ser a espécie mais ativa na oxidação dos fenóis. Nestes sistemas, as camadas positivas do HDL devem provocar um enfraquecimento da ligação O-H do fenol, facilitando a sua desprotonação (uma das etapas do mecanismo de oxidação). Este último efeito pareceu atuante, pois foram observadas reatividades crescentes dos catalisadores à medida que se aumentava a densidade de carga do HDL. Estes resultados indicaram que existe um efeito cooperativo nos HDLs MgxAl contendo a FePcTs adsorvida, mostrando que o HDL não atua como um suporte inerte nos processos estudados. / The present work describes the preparation and characterization of materials containing Co(II) and Fe(III) tetrasulfonated phthalocyanines (CoPcTs and FePcTs, respectively) intercalated or adsorbed on layered double hydroxides (LDHs). Different compositions and synthetic methods were used to isolate materials with microporosity and/or the phthalocyanine in a low aggregation degree. X-ray diffraction analysis, surface area measurements, spectroscopic techniques (infrared, UV/visible and X-ray absorption), elemental analysis and thermogravimetry were used to characterize the solids. The materials were tested as catalysts in the 2,6-di-terc-butilfenol and catechol oxidation, using O2 or H2O2 as oxidants. In the materials prepared by intercalation of the CoPcTs in MgxAl (x = 2, 3 and 4) and ZnxAl (x = 4 and 5) LDHs, the phthalocyanine is perpendicularly orientated related to the LDH layers, regardless of synthetic method or LDH composition used. In addition, it was observed that the intercalated phthalocyanine is aggregated and the solids do not have microporous. However, the aggregation degree of the phthalocyanine is slightly lower when the LDH charge density decreases. Under a particular synthetic conditions the CoPcTs intercalated in the LDH ZnxAl is grafted through the sulfonic groups. Catalytic tests uisng this material in the 2,6-di-terc-butilfenol oxidation showed a neglectful reactivity, which confirms the aggregation of the intercalated CoPcTs, thus avoiding that the substrate accesses the reactive center. In an adsorption study carried by monitoring in situ the FePcTs UV/Vis electronic spectra during its addition to LDH suspensions, a strong tendency of aggregation was observed for the FePcTs. In addition, different FePcTs species are formed during the adsorption process on the LDHs, which is influenced by the LDH charge density: the µ-oxo complex is the main species adsorbed on the Mg2Al and Mg3Al LDHs, whereas for Mg4Al the non oxo-bridged dimeric complex prevailed. X-ray absorption spectra (XANES) of the adsorbed FePcTs on the MgxAl LDHs showed that the species present a square-pyramidal (C4v) and/or an octahedral (Oh) symmetry, in agreement with the UV/visible spectroscopic data. EPR spectra of these samples showed that the FePcTs adsorbed on the LDHs leads to a mixture of Fe(III) high and low spin species along with a strong rhombic distortion. The FePcTs adsorbed on the MgxAl LDHs showed an enhanced catalytic activity and longevity in the phenols oxidation compared to the homogeneous counterpart. The phthalocyanine on the LDH external surfaces allows the access of the substrate to the reactive metal center. A correlation between the adsorption study and the catalytic tests pointed that the FePcTs µ-oxo complex may be the active species in the oxidation of phenols. Furthermore, the positive charge of LDH layers may weaken the O-H bonding in the phenol molecules making them more easily ionized (one step of the phenol oxidation mechanism). This feature seems to be effective because higher activities of the catalysts were observed along with increasing charge density of the LDHs. These results indicated that a cooperative effect takes place in the materials containing the FePcTs adsorbed on the MgxAl LDHs, showing that LDH do not act as an inert support in the studied catalytic reactions.

Cette thèse vise principalement à décorer des phtalocyanines avec des groupes de reconnaissance supramoléculaires pour induire leur auto-assemblage pour la première fois avec ces chromophores robustes imitant les bactériochlorophylles chlorosomales naturelles. D’autre part, cette thèse est également dédiée à la méthodologie de synthèse des complexes à trois étages avec des lanthanides complexant des porphyrines et phtalocyanines encombrantes.La première partie présente quelques concepts de base et des exemples segéstifs dans la biomimétique et l’auto-assemblage moléculaire. Les auto-assemblages biomimétiques des bactériochlorophylle c, d, e ont été examinés suivie par la synthèse, la séparation des régioisomères des phtalocyanines et des cellules solaires construites avec des phtalocyanines. La deuxième partie présente des travaux originaux sur une série d'antennes pour la coolléction de la lumière, comme les acylphthalocyanines qui font d'auto-assemblage avec des groupes carbonyle comme motifs de reconnaissance, un atome de zinc central et diverses chaînes alkyle de solubilisation. Ces nouveaux composés pourraient s’auto-assembler de la même manière que les bactériochlorophylles naturelles. La troisième partie de cette thèse se concentre sur les propriétés électrochimiques et magnétiques de lanthanides-porphyrine-phtalocyanine complexes sandwich ‘’triple deckers’’ volumineux, synthétisés par une nouvelle méthode sous irradiation avec des micro-ondes. Le site initial de l'oxydation ou de réduction de ce type de molécules à trois étages a d'abord été attribué par la combinaison de la spectroélectrochimie de couche mince. / This thesis mainly aims to decorate phthalocyanines with supramolecular recognition groups for inducing their self-assembly for the first time with these robust chromophores mimicking the natural chlorosomal bacteriochlorophylls. Meanwhile, this thesis is also dedicated to the synthetic methodology of bulky lanthanide porphyrin phthalocyanine triple-decker complexes. The first part provides some basic concepts and some delicate examples in biomimetics and molecular self-assembly, then biomimetic bacteriochlorophyll c, d, e self-assembles were simply reviewed, followed by the introduction on the synthesis, regioisomer separation of phthalocyanines and phthalocyanine-sensitized solar cells. The second part presents a series of light-harvesting antennas, namely self-assembling acyphthalocyanines, with carbonyl groups as recognition motifs, a central zinc atom and various solubilizing alkyl chains, which could self-assemble in the same way as the natural bacteriochlorophylls. These assemblies were characterized by UV-Vis, Variable-temperature UV-Vis and 1H-NMR spectra. The third part of this thesis focuses on the electrochemical and magnetic properties of bulky lanthanide porphyrin phthalocyanine triple-decker complexes synthesized by microwave-mediated, therein, the initial site of oxidation/reduction on this type of triple-decker molecules was firstly assigned by combining the thin-layer spectroelectrochemistry and the assignments of the electronic absorption spectra. Furthermore, the different single-molecule magnet behaviors of the corresponding Tb and Dy triple-decker complexes were also studied.

Le travail présenté dans ce mémoire avait pour but d’étudier le potentiel de nouvelles sondes fluorescentes pour la mise au point d’agents d’imagerie optique et d’imagerie Cherenkov inédits. Le premier chapitre porte sur la synthèse de subphtalocyanines et phtalocyanines fluorescentes possédant des fonctions chimiques qui confèrent à la molécule des propriétés adaptées à une application en imagerie médicale. Les composés obtenus ont été étudiés pour déterminer s’ils possèdent les propriétés requises pour l’application visée, en considération du cahier des charges propre aux fluorophores. Dans un deuxième temps, certaines sondes fonctionnelles préparées ont été utilisées pour créer des agents d’imagerie inédits. Dans le cas des subphtalocyanines, la biovectorisation a été explorée par association directe de la sonde avec un peptide, ou indirecte grace à un liposome encapsulant la sonde. Dans le cas des phtalocyanines, les sondes fonctionnelles ont été engagées dans la préparation de nanohybrides constitués de nanoparticules d’oxyde de fer ou de nanotubes d’oxyde de titane, afin d’obtenir des agents bimodaux ou théranostiques. Le troisième chapitre présente l’étude du phénomène de transfert d’énergie (CRET) entre des radioéléments émetteurs Cherenkov et des fluorophores organiques a été étudié. La détermination des paramètres de transfert optimaux a ensuite guidé la mise au point d’une sonde CRET composée d’un fragment fluorescéine lié covalentement à un complexe d’yttrium-90. Pour finir, la possibilité d’émettre dans la fenêtre du proche infrarouge a été explorée par multi-transfert de type CRETFRET. / The goal of this work was to prepare and study new fluorescent probes, which could give rise to novel optical or Cherenkov imaging agents. The first section of this work describes the synthesis of fluorescent subphthalocyanines and phthalocyanines probes, which possess relevant chemicals groups suitable for optical imaging applications. The optical and physico-chemical properties of the new probes were carefully examined to ensure they comply with the specification of the fluorophores for the desired application. The second part focused on the subsequent development of a few selected probes into real imaging agents. The biovectorisation of subphtalocyanines was achieved upon conjugation of a peptide either with the probe or with a liposome that encapsulate the probe. Phthalocyanine-based functional probes were engaged in the synthesis of nanohybrides made of iron oxide nanoparticles or titania nanotubes, to afford bimodal or theranostic agents. In a final part, the energy transfer phenomenon (CRET) between Cherenkov emitting radionuclides and organic fluorophores was studied. The optimal transfer parameters were considered to prepare a CRET probe made of a fluorescein moiety covalently attached to an Yttrium-90 complex. Finally, the ability to emit in the near infrared window was explored by multi-CRET-FRET transfer.

Trotz einer Vielzahl von Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Phthalocyanin-basierten organischen Verbindungen fehlt nach wie vor ein umfassendes Verständnis des Zusammenspiels zwischen strukturellen und elektronischen Eigenschaften, die sich bei der Abscheidung dieser Stoffe auf anorganische kristallinen Substraten ausbilden. Vor diesem Hintergrund wurden für die vorliegende Arbeit vier metallbasierte Phthalocyanine ausgewählt und mittels organischer Molekularstrahl-Abscheidung (OMBD) im Ultrahochvakuum (UHV) auf Ag (111) Einkristalle adsorbiert. Für die anschließende eingehende Untersuchung dieser Proben wurden insbesondere Rastertunnelmikroskopie (STM) und -spektroskopie (STS) angewandt. Ergänzend kamen Ultraviolett- und Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (UPS und XPS) zum Einsatz, wodurch komplementäre Informationen gewonnen wurden. Die aus diesen Untersuchungen resultierenden Ergebnisse liefern einen wesentlichen Beitrag zum oben genannten Forschungsgebiet. Die in dieser Arbeit untersuchten Metall-Phthalocyanine (MePc) wurden so ausgewählt, dass eine möglichst große Vielfalt an geometrischen und elektronischen Eigenschaften abgedeckt wurde. Planare cobaltbasierte Phthalocyanin-Moleküle wurden in zwei Konfigurationen untersucht: einerseits das protonierte CoPc, das sich als organischer p-Halbleiter verhält, und andererseits das vollständig fluorinierte F16CoPc, das n-Halbleitereigenschaften besitzt. Bei beiden Systemen zeigte sich an der Position des Cobaltions eine Kopplung zwischen den Molkülorbitalen des Adsorbats und den Elektronenzuständen des Substrates. Das nichtplanare Zinn-Phthalocyanin ist von besonderem Interesse aufgrund seiner beiden möglichen Adsorptionskonformationen up und down, bei denen sich das Sn-Ion oberhalb beziehungsweise unterhalb des Phthalocyaninliganden befindet. Damit stellt dieses System einen möglichen Kandidaten für Anwendungen als molekularer Schalter oder als Speichereinheit dar. In der vorliegenden Studie werden lokalisierte Schaltvorgänge einzelner Moleküle zusammen mit der Möglichkeit einer kontrollierten molekularen Nanostrukturierung gezeigt. Lutetium (III) bisphthalocyanin wurde ausgewählt als Vertreter einer neuen Gruppe von MePc, die eine Sandwichstruktur ausbilden, bei der zwei π-konjugierte Phthalocyaninliganden über ein Seltenerd-Ion miteinander verbunden sind. Die Untersuchung dieses Systems liefert wichtige neue Erkenntnisse, wie zum Beispiel ein umfassendes Verständnis der Vorgänge bei der Selbstassemblierung innerhalb der ersten und zweiten organischen Monolage. Zudem wurde bei der Charakterisierung des Tunneltransports durch einzelne Moleküle mittels STS ein negativer differentieller Widerstand (NDR) gefunden, der von der Anzahl molekularer Lagen abhängt.

Trotz einer Vielzahl von Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Phthalocyanin-basierten organischen Verbindungen fehlt nach wie vor ein umfassendes Verständnis des Zusammenspiels zwischen strukturellen und elektronischen Eigenschaften, die sich bei der Abscheidung dieser Stoffe auf anorganische kristallinen Substraten ausbilden. Vor diesem Hintergrund wurden für die vorliegende Arbeit vier metallbasierte Phthalocyanine ausgewählt und mittels organischer Molekularstrahl-Abscheidung (OMBD) im Ultrahochvakuum (UHV) auf Ag (111) Einkristalle adsorbiert. Für die anschließende eingehende Untersuchung dieser Proben wurden insbesondere Rastertunnelmikroskopie (STM) und -spektroskopie (STS) angewandt. Ergänzend kamen Ultraviolett- und Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (UPS und XPS) zum Einsatz, wodurch komplementäre Informationen gewonnen wurden. Die aus diesen Untersuchungen resultierenden Ergebnisse liefern einen wesentlichen Beitrag zum oben genannten Forschungsgebiet. Die in dieser Arbeit untersuchten Metall-Phthalocyanine (MePc) wurden so ausgewählt, dass eine möglichst große Vielfalt an geometrischen und elektronischen Eigenschaften abgedeckt wurde. Planare cobaltbasierte Phthalocyanin-Moleküle wurden in zwei Konfigurationen untersucht: einerseits das protonierte CoPc, das sich als organischer p-Halbleiter verhält, und andererseits das vollständig fluorinierte F16CoPc, das n-Halbleitereigenschaften besitzt. Bei beiden Systemen zeigte sich an der Position des Cobaltions eine Kopplung zwischen den Molkülorbitalen des Adsorbats und den Elektronenzuständen des Substrates. Das nichtplanare Zinn-Phthalocyanin ist von besonderem Interesse aufgrund seiner beiden möglichen Adsorptionskonformationen up und down, bei denen sich das Sn-Ion oberhalb beziehungsweise unterhalb des Phthalocyaninliganden befindet. Damit stellt dieses System einen möglichen Kandidaten für Anwendungen als molekularer Schalter oder als Speichereinheit dar. In der vorliegenden Studie werden lokalisierte Schaltvorgänge einzelner Moleküle zusammen mit der Möglichkeit einer kontrollierten molekularen Nanostrukturierung gezeigt. Lutetium (III) bisphthalocyanin wurde ausgewählt als Vertreter einer neuen Gruppe von MePc, die eine Sandwichstruktur ausbilden, bei der zwei π-konjugierte Phthalocyaninliganden über ein Seltenerd-Ion miteinander verbunden sind. Die Untersuchung dieses Systems liefert wichtige neue Erkenntnisse, wie zum Beispiel ein umfassendes Verständnis der Vorgänge bei der Selbstassemblierung innerhalb der ersten und zweiten organischen Monolage. Zudem wurde bei der Charakterisierung des Tunneltransports durch einzelne Moleküle mittels STS ein negativer differentieller Widerstand (NDR) gefunden, der von der Anzahl molekularer Lagen abhängt.