Sintesis y caracterización de nuevos derivados de tiofeno-vinileno y su aplicación en dispositivos optoelectrónicos

Abstract

Hoy en día existe una gran demanda de energía, por lo cual se está en la búsqueda de nuevas fuentes y también en el ahorro de la misma. Debido a esto ha surgido un gran interés en el estudio y fabricación de dispositivos optoelectrónicos en base a materiales orgánicos, como por ejemplo, los oligómeros polímeros conjugados, debido a la ventaja de que pueden ser utilizados en pequeñas cantidades, sobre grandes áreas superficiales y además pueden ser modificados químicamente para darle las propiedades deseadas. Y La presente tesis tiene como objetivo el diseño, síntesis y caracterización de una serie de monómeros y copolímeros de tiofeno-vinileno con la finalidad de ser utilizados en dispositivos opto-electrónicos como celdas solares o diodos emisores de luz. La elección del tiofeno como estructura base se explica por sus excelentes propiedades opto-electrónicas y la accesibilidad sintética que presenta el anillo de tiofeno. Se agregan grupos vinileno para generar un decrecimiento del carácter aromático del anillo de tiofeno y así conseguir una mayor deslocalización de los electrones y una disminución del desorden rotatorio. Por otra parte, se incorporan cadenas alquílicas lineales y ramificadas a la cadena polimérica, para darle solubilidad y también para analizar el tipo de respuesta frente al dispositivo opto-electrónico. Primero se realiza la síntesis de los precursores y monómeros, utilizando la reacción de acoplamiento cruzado de Kumada, reacción de bromación con NBS, reacción de Vilsmeier-Haack y reacción de McMurry. Estos precursores y monómeros se caracterizaron por su índice de refracción, 1H-RMN, 13-C-RMN, FT-IR, espectrometría de masas, UV-visible, fluorescencia y por voltametría cíclica. Los monómeros obtenidos de estas síntesis se probaron en los dispositivos opto-electrónicos, encontrándose que el (E)-1,2-di-(2-tienil)vinileno presentó las mejores propiedades en un diodo orgánico emisor de luz. Posteriormente, estos monómeros fueron polimerizados por las dos vías más conocidas, que son la oxidación química con un agente oxidante agregado al monómero en estudio y la segunda vía implica una oxidación electroquímica del monómero sobre un electrodo, que es seguida por la precipitación del oligomero o del polímero en la superficie del electrodo. Estos polímeros fueron caracterizados por espectroscopia UV-visible fluorescencia, por voltametría cíclica, conductividad, DSC, TGA y SEM. Y Por último, con estos polímeros se fabricaron las celdas solares y OLED, obteniéndose el mejor rendimiento en una celda solar preparada con poli-(E)- 1,2-di-(2-(3-octiltiofeno))vinileno

Today energy demand is high, which has encouraged the search for new energy sources and conservation. In particular there has been a great interest in the design and synthesis of optoelectronic devices based on organic materials such as conjugated oligomers and polymers. The advantage of polymeric structures is that these materials can be used in small quantities over large surface areas and can be chemically adjusted to produce the desired properties. The aim of this thesis is the design, synthesis and characterization of a series of monomers and copolymers of thiophene-vinylene which will be used in optoelectronic devices such as solar cells or light emitting diodes. Thiophene was chosen as the base structure due to the excellent optoelectronic properties and the synthetic accessibility of the aromatic ring. The vinylene group was added to decrease the aromatic character of the thiophene ring. This produces a better delocalization of the electrons and at the same time a decrease in the rotational disorder. In this way compounds with smaller band gaps are obtained which improved the optical and electronic properties. Linear and branched alkyl chains were incorporated onto the thiophene ring in order to improve its solubility and also to observe the response of the optoelectronic device. Precursors and monomers were synthesized using the cross-coupling Kumada reaction, NBS bromination, Vilsmeier-Haack formilation reaction and McMurry reductive coupling reaction. These precursors and monomers were characterized by their refractive index, H-RMN, 13C-RMN, FT-IR, mass spectrometry, UV-visible, fluorescence, and cyclic voltammetry. The monomers obtained from these syntheses were tested in optoelectronic