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DISEÑO, SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE MOLÉCULAS ORGÁNICAS DE BAJO PESO MOLECULAR COMO CÉLULAS FOTOVOLTAICAS

 

INVESTIGADOR(ES) PRINCIPAL(ES):

NOMBRE
DEDICACIÓN

Yenny Patricia Avila Torres

10 horas

 

CODIGO CIE

9-17-3

NOMBRE DEL

QUÍMICA DE COORDINACIÓN Y ORGANOMETÁLICA EN MATERIALES MOLECULARES Y SISTEMAS BIOLÓGICOS

INTEGRANTES DEL PROYECTO

NOMBRE
PARTICIPACION
DEDICACIÓN

Vanessa Vásquez Molina

Estudiante

0 Horas

Melissa Suárez Jiménez

Estudiante

0 Horas

 

TIPO DE CONVOCATORIA

2016. Décima Convocatoria

TIPO DE PROYECTO

Investigación Básica

OBJETIVO(S)

Objetivo general: Realizar el diseño, síntesis y caracterización de moléculas orgánicas de bajo peso molecular con una estructura definida y sus respectivos metalociclos. Ademas de realizar el análisis óptico respectivo para evaluar su viabilidad de su aplicación en la construcción de celdas solares orgánicas OPVs. Objetivos específicos: 1) Realizar la síntesis orgánica del derivado de tiofeno, a partir del acoplamiento Sonogashira entre el dialquinibenzoditiazol y el compuesto dibromado, obtención y desprotección del dialquino y la condesación final con p-fenilendiamina. 2) Caracterizar por técnicas espectroscópicas tales como: espectrocopia (IR, H RMN, C RMN) espectrometría de masas de alta resolución, difracción de rayos X en estado cristalino DSC (Calorimetría diferencial de barrido) y por TGA (análisis termogravimétrico) compuesto derivado del tiofeno. 3) Realizar la síntesis de los compuestos metal-orgánico entre el derivado de tiofeno y los metales de transición manganeso (II) y hierro (II). 4) Caracterizar por técnicas espectroscópicas tales como: espectroscopia (IR, EPR) espectrometría de masas de alta resolución, difracción de rayos X en estado cristalino, DSC (Calorimetría diferencial de barrido) y por TGA (Análisis termogravimétrico) los compuestos metal ¿ orgánicos entre tiofeno y los metales de transición manganeso (II) y hierro (II). 5) Realizar los análisis ópticos y fotovoltaicos de las moléculas orgánicas y metal ¿ orgánicas que puedan presentar potencial uso en la construcción de celdas solares orgánicas, utilizando XPS y reflectancia difusa en estado sólido.

RESUMEN

Los OPVs presentan sistemas ¿ conjugados, otorgándoles una alta densidad electrónica deslocalizada planar, lo cual permite captar las radiaciones con un intervalo de energía de longitudes de onda entre 400 y 600 nm. Una celda tipo OPV convencional consta de dos capas de material semiconductor, una positiva (tipo p) y una negativa (tipo n), que se intercalan para formar una unión p/n. Cuando el semiconductor está expuesto a la luz, la energía (h¿) de los fotones incidentes que exceden el umbral de energía (Band Gap: Brecha prohibida) es absorbida por los electrones del semiconductor, los cuales tienen acceso a la banda de conducción, realizando el proceso de conducción de la electricidad. Para cada electrón, una carga positiva móvil o hueco es creada. Los electrones y huecos cerca de la unión p/n se dirigen en direcciones opuestas por la acción del campo eléctrico y al separarse las cargas, estos se dirigen hacia los electrodos respectivos, produciendo carga eléctrica. Por lo tanto, para que se genere un movimiento de electrones en una OPV, la diferencia de energía entre el punto más alto del conjunto de curvas de energía de valencia y el punto más bajo del conjunto de curvas de conducción (¿E: Band Gap) debe estar en un intervalo entre (0,3 ¿ 2) Ev. Con base en el anterior contexto, en este trabajo de investigación, los autores reportan nuevas moléculas diseñadas dentro de las familias con grupos funcionales dirigidos a estas aplicaciones, así como su enlace a centros metálicos, lo cual disminuye fuertemente el valor del GAP. El estudio de estas moléculas fue dirigido al análisis teórico de las propiedades ópticas, electrónicas y fotovoltaícas; estimadas a partir de DFT con B3LYP 6-31g (d,2p) en Gaussian 09 en fase gaseosa y en metanol. Por otro lado, como validación de la metodología teórica, se sintetizaron tres de los compuestos optimizados, correlacionanado experimentalmente las propiedades ópticas a partir de espectroscopía UV- Vis en estado sólido y disolución, así como las propiedades fotovoltaicas a partir de voltametría cíclica usando electrodo de carbón vítreo, Ag/AgCl y ferroceno como referencia. Se concluye finalmente que el método teórico con el funcional DFT y base B3LYP 6-31g (d,2p) es correlacionable con los resultados obtenidos experimentalmente para los parámetros ópticos y electrónicos dado que la molécula lineal T presenta valores experimentales para los parámetros ¿max, HOMO y LUMO cercanos a los valores teóricos. La molécula lineal diseñada presenta parámetros ópticos, electrónicos, geométricos y fotovoltaicos en el intervalo de los sistemas fotosensibilizados basados en derivados de tiofeno reportados actualmente, mejorando la eficiencia con un valor superior al 10%, ¿EGAP: 3.07 eV, Jsc: 5.36 mAcm2 , Voc: 2.77 eV y ¿max:437 nm. La naturaleza del espaceador tiene un efecto electrónico significativo en la estabilización del macrociclo diseñado, siendo p-PD el que genera mayor planaridad, donde sus angulos diedros son: 106.01098 ° y 134.34494 °, 133,72631 ° y -49.98370 °. El ion Zn(II) como acido de Lewis mejora la distribución electrónica entre donador y aceptor, aporta rigidez al sistema favoreciendo las propiedades ópticas y electrónicas, arrojando una eficiencias superiores al 11% y ¿EGAP menores a 1.8 eV y el macrociclo con p-PD es la molécula con mayor eficiencia energética reportada para esta serie de compuestos, con un valor de 26.18%, lo cual muestra sus potenciales aplicaciones en celdas fotovoltaicas

ESTADO

Concluye Satisfactoriamente

FECHA DE INICIO

19/01/2017

FECHA DE FINALIZACION

19/01/2019

PRODUCTOS

NOMBRE
CATEGORÍA
ENLACE

ARTICULO PUBLICABLE: Novel lineal and macrocyclic thiazole as potential organic photovoltaic.

Artículos en revista A1 ó A2

BIO-ENERGÍA: TRABAJO MUSCULAR Y RESPIRACIÓN EN LA CÓRNEA.

Artículos publicados en Revistas B, C ó D


URL

De la quiralidad selectiva al diseño de nuevos materiales

Eventos culturales y artísticos

Electronic effects in isomeric molecules, aimed at the design of new photosensitized materials

Artículos en revista A1 ó A2

Estudiante distinguido en el Programa de Química Industrial

Trabajo de grado de pregrado

Evento de divulgación de resultados

Curso de extensión

Optimización, síntesis y caracterización de moléculas orgánicas de bajo peso molecular como celdas fotovoltaicas

Ponencia en evento especializado

Optimización, síntesis y caracterización de un metalociclo de bajo peso molecular

Trabajo de grado de maestría

PÓSTER: Novel Macrocyclic thiazole as potencial organic photovoltaic

Ponencia en evento especializado

POSTER: Synthesis Of An Organic Compound Of Low Molecular Weight As a Potential Photovoltaic Organic Cell And Its Structural Correlation With The Respective Metallacycle Of Manganese

Ponencia en evento especializado

Síntesis de un compuesto orgánico de bajo peso molecular como potencial celda fotovoltaica orgánica y su correlación estructural con el metalociclo respectivo con manganeso

Trabajo de grado de pregrado

Sintesis de un rotor molecular como celda orgánica y su correlación estructural y óptica con los respectivos macrociclos con hierro y manganeso

Ponencia en evento especializado