Lanthanide-organic frameworks for optical and catalytic applications

Abstract

Este projecto de doutoramento tem como objetivo isolar e caracterizar sistematicamente novos polímeros de coordenação, no estado sólido. A presença de grupos rígidos possuindo, em particular, átomos de oxigénio e de azoto, deverá induzir interessantes propriedades fotoluminescentes (rendimentos quânticos e tempos de vida elevados, assim como vias de transferência de energia eficientes), que poderão permitir a utilização dos compostos poliméricos na produção de dispositivos funcionais. As diferentes abordagens sintéticas foram ajustadas para cada material e basearam-se, preferencialmente, nas sínteses hidrotérmicas e nas assistidas por radiação de microondas. A estrutura dos materiais foi elucidada a partir de métodos de difracção de raios X (de cristal único ou de pós) em conjunto com outras técnicas, tais como RMN de estado sólido, microscopia eletrónica, análises térmicas, espectroscopia vibracional e estudos de composição elementar. Os compostos microcristalinos foram sistematicamente estudados a fim de investigar outras propriedades além das de fotoluminescência. Alguns dos materiais revelaram multifuncionalidade apresentando simultaneamente tempos de vida na ordem dos milisegundos, elevados rendimentos quânticos e elevado desempenho como catalisadores heterogéneos. As propriedades magnéticas de um composto baseado em érbio foram igualmente estudadas, assim como as de adsorpção e permuta de solvente de uma estrutura porosa baseada em cério.

This PhD programme aims to systematically isolate and characterise, in the solid state, novel coordination polymers. The presence of rigid groups having, in particular, oxygen and nitrogen atoms, is expected to induce interesting photoluminescent properties (high quantum yields and lifetimes, e cient energy transference pathways) which may allow the use of the polymeric compounds in the production of functional devices. Synthetic approaches have been ne-tuned for each material and were preferably based on hydrothermal and microwave-assisted syntheses. The structure of the materials was elucidated from X-ray di raction methods (single-crystal or powder data) in tandem with other techniques such as solid-state NMR, electron microscopy, thermal analyses, vibrational spectroscopy and elemental composition studies. The microcrystalline compounds were systematically studied in order to investigate other properties besides the photoluminescence. Some of the materials revealed multifunctional behaviour since they presented simultaneously life times in the order of milliseconds, high quantum yields and high performance as heterogeneous catalysts. The magnetic properties of an erbium-based compound were also studied, as well as the adsorption and solvent exchange behavior of a porous structure based on cerium.