Investigação fotoluminescente de complexos tetrakis(β-dicetonatos) de terras raras

• Main Author: Tiago Becerra Paolini
• Other Authors: Hermi Felinto de Brito
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2012
• Subjects: β-dicetonatos; Complexos tetrakis; Fotoluminescência; Terras raras; β-diketonates; Photoluminescence; Rare earths; Tetrakis complexes
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-05062012-104738/

O presente trabalho aborda a síntese, caracterização e estudo fotoluminescente dos complexos tetrakis(β-dicetonatos) de terras raras (M)[TR(acac)4] (M+ = Li+, Na+ e K+; TR3+ = Eu3+, Gd3+, Tb3+ e Tm3+; acac- = acetilacetonato). Os dados de análise elementar evidenciam que os complexos são anidros. A espectroscopia de absorção da região do infravermelho mostra que o ligante acetilacetonato encontra-se coordenado ao íon terra rara via átomos de oxigênio. Os dados de análise térmica indicam que os complexos são termicamente estáveis até 150 °C e que são anidros. A difração de raios X demonstra que os complexos apresentam estrutura cristalina e não são isomorfos. O estado tripleto (T1) do ligante acac foi determinado com base no espectro de fosforescência do complexo (Na)[Gd(acac)4], o qual se encontra em torno de 25000 cm-1. Os espectros de emissão dos complexos (M)[Eu(acac))4] (M+ = Na+ e K+) exibiram picos finos característicos das transições intraconfiguracionais do íon Eu3+(5D0→7FJ; J = 0-6). Com base nos dados espectrais foram determinados os parâmetros de intensidade experimentais (Ω2 e Ω4), os coeficientes de emissão radiativa (Arad), não radiativa (Anrad) e a eficiência quântica de emissão (η) para o nível 5D0 do Eu3+. Os valores dos parâmetros Ω2 para os complexos com contracátions Na+ e K+ foram semelhantes (~23,5 10-20cm2), indicando que em ambos o íon Eu3+ encontra-se em um ambiente químico bastante polarizável. Os valores de eficiência quântica de emissão η (Na+ = 72% e K+ = e 65% ) indicam que estes complexos atuam como Dispositivos Moleculares Conversores de Luz (DMCL\'s). Os espectros de emissão dos complexos (M)[Tb(acac)4] (M+ = Na+ e K+) apresentaram picos finos oriundos das transições intraconfiguracionais 5D4→7FJ (J = 6-0) do íon Tb3+ e eficiente transferência intramolecular de energia ligante - Tb3+. Os complexos (M)[Tm(acac)4] (M+ = Li+, Na+ e K+) apresentam nos espectros de emissão bandas finas correspondentes às transições 1G4→3H6, 1G4→3F4 e 1G4→3H5 do íon Tm3+. Não foi observada nesses espectros uma banda alargada originária da fosforescência do acac, indicando que a transferência intramolecular de energia para o íon Tm3+ é eficiente. A partir dos espectros de emissão dos complexos dos íons Eu3+, Tb3+ e Tm3+, foram determinadas as suas coordenadas no diagrama de cromaticidade CIE na região do vermelho, verde e azul, respectivamente, sugerindo potencial aplicação desses compostos em sistemas full-color. === This work covers the synthesis, characterization and photoluminescent study of the rare earths tetrakis¨β-diketonate) complexes (M)[RE(acac)4] (M+ = Li+, Na+ and K+; RE3+ = Eu3+, Gd3+, Tb3+ and Tm3+; acac- = acetylacetonate). Data from elemental analysis shows that the complexes are anhydrous. The absorption spectroscopy in the infrared region shows that the acetylacetonate ligand is coordinated to the rare earth ion by the oxygen atoms. Thermal analysis data indicate that the complexes are thermally stable up to 150° C and that they are anhydrous. The X-ray powder diffraction demonstrates that the complex has crystalline structure and that they are not isomorphs. The first excited triplet state (T1) of the acetylacetonate ligand is determined based on the phosphorescence spectrum of the (Na)[Gd(acac)4] complex, which lies around 25000 cm-1. The emission spectra of the (M)[Eu(acac)4] (M+ = Na+ and K+) complexes showed the narrow peaks characteristic of the Eu3+ intraconfigurational transitions (5D0→7FJ; J = 0-6). Based on the spectral data, it was determined the experimental intensity parameters (Ω2 and Ω4), the coefficients of radiative (Arad) and non-radiative decay (Anrad) and the quantum efficiency (η) of the 5D0 emitting level of the Eu3+ ion. The Ω2 values of the complexes with Na+ and K+ countercations were similar (23.510-20 cm2), showing that in both cases the Eu3+ ion is in a very polarizable chemical environment. The quantum efficiency values η (Na+ = 72% and K+ = 65%) indicate that these complexes may act as Light-Converting Molecular Devices (LCMD\'s). The emission spectra of (M)[Tb(acac)4] (M+ = Na+ and K+) complexes showed narrow peaks arising from 5D4→7FJ (J = 6-0) intraconfigurational transitions of Tb3+ ion, and also efficient ligand-Tb3+ intramolecular energy transfer. The (M) [Tm(acac)4] (M+ = Li+, Na+ and K+) complexes present narrow bands in its emission spectra corresponding to the transitions 1G4→3H6, 1G4→3F4 and 1G4→3H5 of Tm3+ ion. It was not observed in these spectra any broad band originated from the acac transitions, indicating an efficient intramolecular energy transfer from the ligand to the Tm3+ ion. Based on the emission spectra of the (M)[RE(acac)4] complexes, it was determined their coordinates on the CIE chromaticity diagram in the region of red (Eu3+), green (Tb3+) and blue (Tm3+), suggesting the potential application of these compounds in full-color systems.