Estudio de propiedades ópticas de nuevos polímeros inorgánicos obtenidos a base de imidazoles ácidos y praseodimio(III)

Abstract

Dado el creciente interés en los iones lantánidos y sus aplicaciones en diversas áreas, es que la memoria de título tiene como foco de estudio las propiedades luminiscentes de compuestos basados en praseodimio(III). Este presenta propiedades interesantes como lo son emisiones en el visible y en el infrarrojo cercano, además de poseer niveles térmicamente acoplados, que son útiles para termometría luminiscente. Así, se sintetizaron dos compuestos de coordinación (P1 y P2) con centro metálico de Pr(III) y ligandos derivados de imidazol McIm = ácido 1H-imidazol-4-carboxílico (P1); DcIm = ácido 1H- imidazol-4,5-dicarboxílico (P2). Estos compuestos fueron analizados por espectroscopía infrarroja y difracción de rayos X. La fórmula química del compuesto P1 fue determinada como ([Pr(McIm)3(H2O)]x1,5H2O)n, y la del compuesto P2 como ([Pr2(DcIm)2(H2O)3](H2O))n. Ambos sistemas corresponden a polímeros de coordinación, destacando que la estructura de P1 no existe hasta la fecha publicada en literatura, Las propiedades ópticas de ambos compuestos fueron analizadas por espectroscopia de absorción UV-Visible y espectrofotometría. Con todos los análisis ópticos realizados, fue posible establecer que los niveles de energía del ligando diácido están a menores energía que los del ligando monoácido, siendo esta la explicación de las diferentes capacidades de sensibilización. Así, P1 tendría los niveles del ligando sobre los niveles excitados del ion Pr(III), siendo una antena más eficiente que el ligando diácido, donde la mayor probabilidad de “back energy transfer” es perjudicial para la sensibilización de la luminiscencia del ion Pr(III). Por otra parte, ambos compuestos exhibieron propiedades termométricas. En el caso de P1, la relación de intensidades como parámetro termométrico permitió obtener una sensibilidad relativa máxima 0,266%K-1 a 54,6°C, mientras que para P2 se utilizó la evolución del intensidad de una sola banda con la temperatura con lo que se obtuvo una sensibilidad de 1,024%K-1 a 59,7°C. Aunque este último presento una mayor sensibilidad, el compuesto P1 se presenta como un termómetro más confiable debido a que el parámetro utilizado es independiente de factores instrumentales.

Given the growing interest in lanthanide ions and their applications in various fields, this thesis focuses on the luminescent properties of compounds based on praseodymium(III). Praseodymium has interesting properties, such as emissions in the visible and near infrared ranges, and it also possesses thermally coupled energy levels, which are useful for luminescent thermometry. To investigate this, two coordination compounds, P1 and P2, were synthesized. Both compounds have a Pr(III) metallic center and are based on imidazole- derived ligands: McIm (1H-imidazole-4-carboxylic acid) for P1, and DcIm (1H- imidazole-4,5-dicarboxylic acid) for P2. These compounds were analyzed using infrared spectroscopy and X-ray diffraction. The chemical formula for P1 was determined as [Pr(McIm)3(H2O)]x1.5H2O)n, and for P2 as [Pr2(DcIm)2 (H2O)3(H2O)]n. Both systems are coordination polymers, and it's important to note that the structure of P1 has not been previously published in scientific literature. The optical properties of both compounds were analyzed using UV-Visible absorption spectroscopy and spectrophotometry. All the optical analyses made it possible to establish that the energy levels of the diacid ligand are at lower energy than those of the monoacid ligand, which explains the different sensitization capabilities. Consequently, P1 has ligand levels above the excited levels of the Pr(III) ion, making it a more efficient antenna than the diacid ligand, where a higher probability of "back energy transfer" is detrimental to the sensitization of the Pr(III) ion's luminescence. Both compounds also showed thermometric properties. In the case of P1, the intensity ratio as a thermometric parameter yielded a sensitivity of 0.266%K⁻¹ at 54.6°C. For P2, the change in intensity of a single band with temperature was used, which resulted in a maximum relative sensitivity of 1.024%K⁻¹ at 59.7°C. Although the latter showed higher sensitivity, P1 is considered a more reliable thermometer because the parameter it uses is independent of instrumental factors.