Merging porosity with magnetism and fluorescence in metal-organic materials for sensing purposes

Resumen

El trabajo de tesis tiene por objetivo generar materiales donde combinemos porosidad con otra propiedad fácilmente medible para generar sensores químicos. En este sentido los materiales con porosidad elevada son ideales porque habilitan una fuerte interacción entre las moléculas en disolución y el propio material. Sin embargo, incorporar una elevada porosidad en un sólido no es trivial y suelen requerir de un diseño sintético muy preciso. En este trabajo nos hemos centrado en dos tipos de materiales, los SMOFs (Supramolecularly assembled Metal-Organic Frameworks) y los MOGs (Metal-Organic Gels). Ambos difieren en la naturaleza de su posidad que se encuentra dentro del régimen microporoso (< 2 nm) para los SMOFs y en el régimen meso/macroporoso para los MOGs (> 2 nm). Por otro lado, la incorporación de una segunda propiedad como el magnetismo o la luminiscencia, requiere de constituyentes de estos materiales muy diferentes. Así, para disponer de propiedades magnéticas necesitamos de la incorporación de materiales con centros paramagnéticos, pero en el caso de las propiedades luminiscentes necesitamos de centros metálicos de capa completa para evitar el quencheado de la señal (si como es el caso trabajamos con metales de transición). Estos mismos materiales se han empleado como precursores de nanopartículas metálicos soportadas sobre una matriz carbonosa que funcionan como eficientes catalizadores de la termoreducción del CO2 con una alta selectividad hacia CO.Por lo tanto, se han generado dos familias de materiales, una primera basada en entidades [Cu6M(OH)6(adeninato)6(H2O)6]n+ (M: CoII, NiII, CuII, ZnII) que se ensamblan junto con anionesorgánicos (derivados de nucleobases y moléculas carboxílicas aromáticas, principalmente) para dar lugar a un material poroso (SMOF) con interesantes propiedades magnéticas que nos permiten cuantificar la cantidad de adsorbato incorporado por el material en disolución. La segunda familia basada en materiales metal-orgánicos de Zr(IV) que se caracterizan por su elevada estabilidad química y por no quenchear la señal luminiscente. Sin embargo, para ser capaces de incorporar diferentes fluoróforos carboxílicos a este material, debimos de realizar un estudio previo sobre la formación de los clústeres [Zr6O4(OH)4(OOCR)x] en los estadios iniciales de formación de estos materiales. Resultado de dicho estudio fue poder determinar las condiciones sintéticas requeridas para poder incorporar de forma simultánea de hasta tres fluoróforos que emiten en el azul, amarillo y rojo, respectivamente. La interacción de estos fluoróforos con las moléculas adsorbidas en disolución modifica las señales luminiscentes dando lugar a un color y unas intensidades relativas de las tres emisiones que es característica de la molécula adsorbida.