Estudios experimentales y teóricos de sistemas nanoestructurados basados en estructuras metálicas y sistemas moleculares

Abstract

En esta tesis doctoral se desarrolló un estudio detallado sobre la influencia de las diferentes variables de síntesis de monocapas autoensambladas de a,w-alcanoditioles y 4,4´-bifenilditiol (BPhDT), en cuanto al tipo de estructura adoptada y su estabilidad. Para ello se emplearon métodos espectroscópicos, electroquímicos y cálculos computacionales. Por otro lado, una vez caracterizadas las estructuras de ditioles alifáticos y aromáticos, se realizó un estudio comparativo de reactividad mediante el anclaje de nanopartículas de Ag, Pd y Au sintetizadas mediante diferentes metodologías. En particular, se investigó el efecto de largo de cadena alifática, la polaridad del solvente de inmersión utilizado, y la utilización de agentes reductores como principal herramienta para el control de formación de enlaces disulfuros indeseados. Esta última variable de síntesis (el uso de agentes reductores), no sólo afectaría la estructura de las SAMs, sino que también participaría activamente en el mecanismo de formación de las mismas, posibilitando la formación de capas acostadas (LD) de alcanoditioles. En primer lugar, se verificó que las mejores SAMs de ditioles alifáticos de cadena corta pueden obtenerse mediante la utilización de solventes de baja polaridad y bajo atmosfera controlada de N2. Además, el uso de agentes reductores como TCEP mejoraría notablemente la calidad del autoensamblado. Para el caso de las SAMs de BPhDT, se encontró que el uso de TCEP como regulador de los enlaces disulfuros resultaría de vital importancia. Por otro lado, se encontró evidencia teórica sobre la posible influencia del TCEP en el mecanismo de levantado de los ditioles en etapas tempranas de la síntesis de SAMs. También se desarrollaron cálculos teóricos sobre la factibilidad de formación de enlaces disulfuro en los grupos cabeza de una capa compacta de BPhDT. Se encontraron altos valores de energías de activación mediante NEB, indicando que se trataría de procesos impedidos. Finalmente, se encontró que la naturaleza de las nanopartículas utilizadas modificaba notablemente el comportamiento electroquímico y espectroscópico de los sistemas formados. Particularmente, las NPs sintetizadas por ablación laser resultaron ser un sustrato SERS activo, incrementando en varios ordenes de magnitud la intensidad de las señales características del BPhDT. El particular perfil voltamperométrico encontrado para los sistemas del tipo Au-SAMAgNPsAb involucraría la formación de especies de plata con la cupla redox y se vería afectado por la naturaleza del grupo espaciador utilizado, observando retención de las especies generadas al utilizar capas de BPhDT, las cuales resultan mucho más permeables que las compactas capas de C9DT. El conjunto de los resultados obtenidos sugiere que el proceso de formación de SAMs es muy sensible a las diversas variables de síntesis mencionadas. De la misma forma, el comportamiento electroquímico de sistemas combinados SAM-NPs se vería afectado en gran medida por el tipo de NP utilizado.