Clústeres cuánticos subnanométricosSíntesis y propiedades

Resumo

El estudio de los clústeres cuánticos subnanométricos es un campo relativamente nuevo, pues sus propiedades se diferencian mucho de las nanopartículas a causa principalmente de los efectos cuánticos asociados a su pequeño tamaño. Estos efectos se manifiestan especialmente por la aparición de estados de energía discretizados que implican la aparición de una banda de energías prohibida (band gap) o, mejor dicho, HOMO-LUMO gap (ya que por su tamaño molecular la densidad de niveles es muy pequeña), que depende del número de átomos del clúster y del elemento metálico del que están formados. Por tanto, al variar el tamaño y el elemento del clúster, uno puede modificar sus propiedades. Esa capacidad de realizar, lo que podríamos denominar ingeniería de band gaps hace que cada clúster sea único y con propiedades muy diferentes de los demás, por lo que abren un nuevo campo en los límites del área de los nanomateriales. Todo esto hace pensar en la realización de una química a “la carta”, según las necesidades del experimento o de las reacciones químicas utilizadas en las industrias. Para ello se precisaría realizar síntesis de clústeres monodispersos que pudieran diferir en solamente 1 o 2 átomos. Uno de los principales métodos de síntesis es el método electroquímico, ya que permite un exhaustivo control de las variables de reacción, importante para adquirir un control cinético. El problema de esta síntesis radica en que, a pesar de la pureza obtenida, la cantidad producida es mínima. Por tanto, en esta tesis se intenta aplicar lo aprendido mediante el método electroquímico a otros métodos que permitan un mayor escalado, como pueden ser los métodos químico y fotoquímico. En esta tesis se presentan avances importantes en ambos métodos para la síntesis de los clústeres cuánticos subnanométricos que permitan un mayor escalado y el consiguiente incremento en aplicaciones futuras. En cuanto a sus propiedades, se estudia su estabilidad térmica y su punto de fusión, para determinar su comportamiento y ver si siguen los modelos teóricos aplicados a nanopartículas, según deberían de fundir a casi temperatura ambiente al estar por debajo del nanómetro, o por el contrario como se menciona, debido a su elevado band gap, son perfectamente estables sin la necesidad de agentes protectores. Para ello en el presente trabajo se realiza el estudio en disolución de la muestra de clústeres y su evolución por espectroscopía de fluorescencia y UV-Visible. Además, también se realiza el estudio de la estabilidad de los clústeres soportados sobre diferentes sustratos (mica, HOPG) y su evolución se seguirá por microscopía de fuerzas atómicas (AFM) en un primer momento para después realizar la caracterización mediante XPS (Espectroscopia fotoelectrónica de rayos X) y XAS (espectroscopía de absorción de rayos X) en el sincrotrón ALBA. Para terminar, se presenta estudios de interacciones moleculares entre los clústeres cuánticos subnanométricos y nanotubos peptídicos. Los Nanotubos Peptídicos (SCPN) son polímeros unidimensionales supramoleculares formados por monómeros peptídicos que se apilan unos sobre otros gracias a enlaces de hidrógeno. Las interacciones entre los clústeres y los nanotubos peptídicos se estudiaron en disolución mediante espectroscopia de fluorescencia y por AFM la deposición e interacción entre los SCPN y los clústeres. Los estudios de fluorescencia de disoluciones de SCPN diluidas con Ag3 revelaron la presencia de estructuras supramoleculares autoensambladas en las que cada miembro del conjunto estabiliza al otro en solución acuosa. Las imágenes AFM topográficas de la deposición de Ag3 sobre SCPN en mica revelaron una clara preferencia de los clústeres de plata para depositarse y alinearse sobre los nanotubos peptídicos. Estos estudios constituyen un ejemplo del establecimiento y la aplicación de interacciones no covalentes entre clústeres de átomos metálicos y una contraparte supramolecular.