Host-guest chemistry of solid coordination frameworks (SCFs) based on Copper(II)-Pyridine Ligands

283 p.

Excitonic behaviour in polymeric semiconductors : the effect of morphology and composition in heterostructures

La compréhension des interrelations entre la microstructure et les processus électroniques dans les polymères semi-conducteurs est d’une importance primordiale pour leur utilisation dans des hétérostructures volumiques. Dans cette thèse de doctorat, deux systémes diffèrents sont étudiés ; chacun de ces systèmes représente une approche diffèrente pour optimiser les matériaux en termes de leur microstructure et de leur capacité à se mettre en ordre au niveau moléculaire. Dans le premier système, j’ai effectué une analyse complète des principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque hybride à base des nanocristaux d’oxyde de zinc (ZnO) et du poly (3-hexylthiophène) (P3HT) par absorption photoinduite en régime quasi-stationnaire (PIA) et la spectroscopie PIA en pompage modulé dépendant de la fréquence. L’interface entre le donneur (le polymère P3HT) et l’accepteur (les nanoparticules de ZnO), où la génération de charges se produit, joue un rôle important dans la performance des cellules photovoltaïques hybrides. Pour améliorer le mécanisme de génération de charges du P3H: ZnO, il est indispensable de modifier l’interface entre ses constituants. Nous avons démontré que la modification d’interface moléculaire avec cis-bis (4, 40 - dicarboxy-2, 20bipyridine) ruthénium (II) (N3-dye) et a-Sexithiophen-2 yl-phosphonique (6TP) a améliorée le photocourant et la performance dans les cellules P3HT: ZnO. Le 6TP et le N3 s’attachent à l’interface du ZnO, en augmentant ainsi l’aire effective de la surface donneur :accepteur, ce qui contribue à une séparation de charge accrue. De plus, le 6TP et le N3 réduisent la densité de pièges dans le ZnO, ce qui réduit le taux de recombinaison des paires de charges. Dans la deuxième partie, jai introduit une matrice hôte polymérique de polystyréne à masse molaire ulra-élevée, qui se comporte comme un solide pour piéger et protéger une solution de poly [2-méthoxy, 5- (2´-éthyl-hexoxy) -1,4-phénylènevinylène- PPV] (MEHPPV) pour utilisation dans des dispositifs optoèlectroniques quantiques. Des travaux antérieurs ont montré que MEH-PPV en solution subit une transition de conformation, d’une conformation enroulé à haute température (phase bleue) à une conformation de chaîne étendue à basse température (phase rouge). La conformation de la chaîne étendue de la solution MEH-PPV favorise les caractéristiques nécessaires à l’amélioration des dispositifs optoélectroniques quantiques, mais la solution ne peut pas être incorporées dans le dispositif. J’ai démontré que la caractéristique de la phase rouge du MEH-PPV en solution se maintient dans une matrice hôte polymérique de polystyrène transformé de masse molaire très élevée, qui se comporte comme un solide (gel de MEH-PPV/UHMW PS), par le biais de la spectroscopie de photoluminescence (PL) dépendant de la température (de 290K à 80 K). La phase rouge du gel MEH-PPV/UHMW PS se manifeste par des largeurs de raie étroites et une intensité augmentée de la transition 0-0 de la progression vibronique dans le spectre de PL ainsi qu’un petit décalage de Stokes entre la PL et le spectre d’absorption à basse température. Ces approches démontrent que la manipulation de la microstructure et des propriétés électroniques des polymères semi-conducteurs ont un impact direct sur la performance de dispositifs pour leurs développements technologiques continus.

Interacciones excitón-plasmón en superestructuras de CdS-Ag y CdS-Au: un nuevo conector molecular

Propósito y Método del Estudio: Las interacciones excitón-plasmón son un componente importante en el diseño de dispositivos nanotecnológicos. En el presente trabajo se sintetizó y probó el ligante N,N’-[1,4-fenilenbis(metanililiden)]bis(4-aminotiofenol) como conector molecular nanométrico en superestructuras de CdS-Ag y CdS-Au. Las nanopartículas metálicas utilizadas fueron nanoesferas y nanoplatos triangulares de plata y nanoesferas de oro. Contribuciones y Conclusiones: Las superestructuras de CdS-Ag y CdS-Au formadas utilizando el ligante N,N’-[1,4-fenilenbis(metanililiden)]bis(4-aminotiofenol) como conector presentaron interacciones excitón-plasmón que difieren de las evaluadas en dispersión acuosa para los mismos sistemas. Se sugiere el estudio del conector con otros sistemas semiconductor-metal para evaluar su efecto sobre las interacciones excitón-plasmón

Inhibition of nitro-oxidative stress attenuates pulmonary and systemic injury induced by high-tidal volume mechanical ventilation

Mechanisms contributing to pulmonary and systemic injury induced by high tidal volume (VT) mechanical ventilation are not well known. We tested the hypothesis that increased peroxynitrite formation is involved in organ injury and dysfunction induced by mechanical ventilation. Male Sprague-Dawley rats were subject to low- (VT, 9 mL/kg; positive end-expiratory pressure, 5 cmH2O) or high- (VT, 25 mL/kg; positive end-expiratory pressure, 0 cmH2O) VT mechanical ventilation for 120 min, and received 1 of 3 treatments: 3-aminobenzamide (3-AB, 10 mg/kg, intravenous, a poly adenosine diphosphate ribose polymerase [PARP] inhibitor), or the metalloporphyrin manganese(III) tetrakis(1-methyl-4-pyridyl)porphyrin (MnTMPyP, 5 mg/kg intravenous, a peroxynitrite scavenger), or no treatment (control group), 30 min before starting the mechanical ventilation protocol (n = 8 per group, 6 treatment groups). We measured mean arterial pressure, peak inspiratory airway pressure, blood chemistry, and gas exchange. Oxidation (fluorescence for oxidized dihydroethidium), protein nitration (immunofluorescence and Western blot for 3-nitrotyrosine), PARP protein (Western blot) and gene expression of the nitric oxide (NO) synthase (NOS) isoforms (quantitative real-time reverse transcription polymerase chain reaction) were measured in lung and vascular tissue. Lung injury was quantified by light microscopy. High-VT mechanical ventilation was associated with hypotension, increased peak inspiratory airway pressure, worsened oxygenation; oxidation and protein nitration in lung and aortic tissue; increased PARP protein in lung; up-regulation of NOS isoforms in lung tissue; signs of diffuse alveolar damage at histological examination. Treatment with 3AB or MnTMPyP attenuated the high-VT mechanical ventilation-induced changes in pulmonary and cardiovascular function; down-regulated the expression of NOS1, NOS2, and NOS3; decreased oxidation and nitration in lung and aortic tissue; and attenuated histological changes. Increased peroxynitrite formation is involved in mechanical ventilation-induced pulmonary and vascular dysfunction.

Transfert ultrarapide d’électron et transfert modéré d’énergie au sein d’assemblages supramoléculaires de colorants et d’un cluster de palladium

Résumé : Les transferts d’électrons photo-induits et d’énergie jouent un rôle primordial dans un grand nombre de processus photochimiques et photobiologiques, comme la respiration ou la photosynthèse. Une très grande quantité de systèmes à liaisons covalentes ont été conçus pour copier ces processus de transferts. Cependant, les progrès sont, en grande partie, limités par les difficultés rencontrées dans la synthèse de nouveaux couples de types donneurs-accepteurs. Récemment, des espèces utilisant des liaisons non-covalentes, comme les liaisons hydrogènes, les interactions [pi]-[pi], les liaisons de coordination métal-ligands ou encore les interactions électrostatiques sont le centre d’un nouvel intérêt du fait qu’ils soient plus faciles à synthétiser et à gérer pour obtenir des comportements de transferts d’électrons ou d’énergie plus flexibles et sélectifs. C’est dans cette optique que le travail de cette thèse a été mené, i.e. de concevoir des composés auto-assemblés avec des porphyrines et un cluster de palladium pour l’étude des transferts d’électrons photo-induits et d’énergie. Cette thèse se divise en quatre parties principales. Dans la première section, le chapitre 3, deux colorants porphyriniques, soit le 5-(4-carboxylphényl)-10, 15, 20-tristolyl(porphyrinato)zinc(II) (MCP, avec Na+ comme contre-ion) et 5, 15-bis(4-carboxylphényl)-15, 20-bistolyl(porphyrinato)zinc(II) (DCP, avec Na+ comme contre-ion) ont été utilisés comme donneurs d’électrons, et le [Pd3(dppm)3(CO)]2+ ([Pd32+], dppm = (Ph2P)2CH2, PF6‾ est le contre-ion) a été choisi comme accepteur d’électrons. La structure de l’assemblage [Pd32+]•••porphyrine a été élucidée par l’optimisation des géométries à l’aide de calculs DFT. La spectroscopie d’absorption transitoire (TAS) montre la vitesse de transferts d’électrons la plus rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection) jamais enregistrée pour ce type de système (porphyrine-accepteur auto-assemblés). Généralement, ces processus sont de l’ordre de l’échelle de la ps-ns. Cette vitesse est comparable aux plus rapides transferts d’électrons rapportés dans le cas de systèmes covalents de type porphyrine-accepteur rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection). Ce transfert d’électrons ultra-rapide (ket > 1.2 × 1013 s-1) se produit à l’état énergétique S1 des colorants dans une structure liée directement par des interactions ioniques, ce qui indique qu’il n’est pas nécessaire d’avoir de forts liens ou une géométrie courbée entre le donneur et l’accepteur. Dans une deuxième section, au chapitre 4, nous avons étudié en profondeur l’effet de l’utilisation de porphyrines à systèmes π-étendus sur le comportement des transferts d’électrons. Le colorant 9, 18, 27, 36-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPBP, avec Na+ comme contre-ion) a été sélectionné comme candidat, et le 5, 10, 15, 20-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)porphyrineatozinc(II) (TCPP, avec Na+ comme contre-ion) a aussi été utilisé à des fins de comparaisons. TCPBP et TCPP ont, tous deux, été utilisés comme donneurs d’électrons pour fabriquer des assemblages supramoléculaires avec le cluster [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Les calculs DFT ont été réalisés pour expliquer les structures de ces assemblages. Dans les conditions expérimentales, ces assemblages sont composés principalement d’une porphyrine avec 4 équivalents de clusters. Ces systèmes ont aussi été investigués par des mesures de quenching (perte de luminescence), par électrochimie et par d’autres techniques. Les transferts d’électrons (< 85 fs; temps inférieurs à la limite de détection) étaient aussi observés, de façon similaire aux assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les résultats nous indiquent que la modification de la structure de la porphyrine vers la tétrabenzoporphyrine ne semble pas influencer le comportement des cinétiques de transferts d’électrons (aller ou retour). Dans la troisième section, le chapitre 5, nous avons synthétisé la porphyrine hautement [pi]-conjuguée: 9, 18, 27, 36-tétra-(4-carboxyphényléthynyl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPEBP, avec Na+ comme contre-ion) par des fonctionnalisations en positions meso- et β, β-, qui présente un déplacement vers le rouge de la bande de Soret et des bandes Q. TCPEBP était utilisé comme donneur d’électrons pour fabriquer des motifs supramoléculaires avec le [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Des expériences en parallèle ont été menées en utilisant la 5, 10, 15, 20-tétra-(4-carboxyphényl)éthynylporphyrinatozinc(II) (TCPEP, avec Na+ comme contre-ion). Des calculs DFT et TDDFT ont été réalisés pour de nouveau déterminer de façon théorique les structures de ces systèmes. Les constantes d’association pour les assemblages TCPEBP•••[Pd32+]x sont les plus élevées parmi tous les assemblages entre des porphyrines et le cluster de palladium rencontrés dans la littérature. La TAS a montré, encore une fois, des processus de transferts d’électrons dans des échelles de l’ordre de 75-110 fs. Cependant, les transferts de retour d’électrons sont aussi très rapides (< 1 ps), ce qui est un obstacle potentiel pour des applications en cellules solaires à pigment photosensible (DSSCs). Dans la quatrième section, le chapitre 6, les transferts d’énergie triplets (TET) ont été étudiés pour les assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les analyses spectrales des états transitoires dans l’échelle de temps de la ns-[mu]s démontrent de façon évidente les TETs; ceux-ci présentent des transferts d’énergie lents et/ou des vitesses moyennes pour des transferts d’énergie T1-T1 (3dye*•••[Pd32+] → dye•••3[Pd32+]*) opérant à travers exclusivement le mécanisme de Förster avec des valeurs de kET autour de ~ 1 × 105 s-1 selon les mesures d’absorption transitoires à 298 K. Des forces motrices non-favorables rendent ces types de processus non-opérants ou très lents dans les états T1. L’état T1 de [Pd32+] (~8190 cm-1) a été qualitativement déterminé par DFT et par la mise en évidence de l’émission S0 ← Tn retardée à 680-700 nm provenant de l’annihilation T1-T1, ce qui fait que ce cluster peut potentiellement agir comme un donneur à partir de ses états Tn, et accepteur à partir de T1 à l’intérieur de ces assemblages. Des pertes d’intensités de types statiques pour la phosphorescence dans le proche-IR sont observées à 785 nm. Ce travail démontre une efficacité modérée des colorants à base de porphyrines pour être impliquée dans des TETs avec des fragments organométalliques, et ce, même attachées grâce à des interactions ioniques. En conclusion, les assemblages ioniques à base de porphyrines et de clusters de palladium présentent des propriétés de transferts d’électrons S1 ultra-rapides, et des transferts d’énergie T1 de vitesses modérées, ce qui est utile pour de possibles applications comme outils optoélectroniques. D’autres études, plus en profondeur, sont présentement en progrès.

Screen-Printed Carbon Electrode Modified with Poly-L-histidine Applied to Gold(III) Determination

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Electrochemical and spectroscopic characterization of screen-printed gold-based electrodes modified with self-assembled monolayers and Tc85 protein

This work investigates the formation of self-assembled monolayers (SAMs) of cystamine and cystamine-glutaraldehyde on a screen-printed electrode, and the immobilization of the Tc85 protein (from Trypanosoma cruzi) on these monolayers. The methods used included infrared techniques, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy. The electrochemical studies were performed at pH 6.9 in 0.1 mol L(-1) phosphate buffer solution containing Fe(CN)(6)(-3/-4) redox species. The surface coverage (0) of the electrode was 0.10 (cystamine), 0.35 (cystamine-glutaraldehyde) and 0.84 (Tc85). Interpretation of electrochemical impedance spectroscopy results was based on a charge-transfer reaction involving Fe(CN)(6)(-3/-4) species at high frequencies, followed by a diffusion through the monolayers at lower frequencies. Estimates of the electrode surface coverage, active site radius, and distance between two adjacent sites assumed that charge transfer occurred at the active sites, and that there was a planar diffusion of redox species to these sites. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Synthesis, structure, and redox states of homoleptic d-block metal complexes with bis-1,2,4-triazin-3-yl-pyridine and 1,2,4-triazin-3-yl-bipyridine extractants

it has been established that triazinyl bipyridines (hemi-BTPs) and bis-triazinyl pyridines (BTPs), ligands which are currently being investigated as possible ligands for the separation of actinides from lanthanides in nuclear waste, are able to form homoleptic complexes with first row transition metals such as cobalt(IT), copper(II), iron(II), manganese(II), nickel(II) and zinc(II). The metal complexes exhibit six-co-ordinate octahedral structures and redox states largely analogous to those of the related terpyridine complexes. The reactivity of the different redox states of cobalt bis-hemi-BTP complex in aqueous environments has been studied with two-phase electrochemistry by immobilisation of the essentially water-insoluble metal complexes on graphite electrodes and the immersion of this modified electrode in an aqueous electrolyte. It was found that redox potentials for the metal-centred reactions were pH-independent whereas the potentials for the ligand-centred reactions were strongly pH-dependent. The reductive degradation of these complexes has been investigated by computational methods. Solvent extraction experiments have been carried out for a range of metals and these show that cobalt(II) and nickel(II) as well as palladium(II), cadmium(II) and lead(II) were all extracted with the ligands 1e and 2c with higher distribution ratios that was observed for americium(III) under the same conditions. The implications of this result for the use of these ligands to separate actinides from nuclear waste are discussed. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Stripping voltammetry of mercury(II) with a chemically modified carbon paste electrode containing silica gel functionalized with 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole

The accumulation voltammetry of mercury(II) was investigated at a carbon paste electrode chemically modified with silica gel functionalized with 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole (DTTPSG-CPE). The repetitive cyclic voltammogram of mercury(II) solution in the potential range -0.2 to +0.8 V (vs. Ag/AgCl), (0.02 mol L-1 KNO3; nu=20 mV s(-1)) show two peaks one at about 0.0 V and other at 0.31 V. However, the cathodic wave peak, around 0.0 V, is irregular and changes its form in each cycle. This peak at about 0.0 V is the reduction current for mercury(II) accumulated in the DTTPSG-CPE. The anodic wave peak at 0.31 V is well-defined and does not change during the cycles. The resultant material was characterized by cyclic and differential pulse anodic stripping voltammetry performed with the electrode in differents supporting electrolytes. The mercury response was evaluated with respect to pH, electrode composition, preconcentration time, mercury concentration, cleaning solution, possible interferences and other variables. The precision for six determinations (n=6) of 0.05 and 0.20 mg (L)-(1) Hg(II) was 2.8 and 2.2% (relative standard deviation), respectively. The method was satisfactory and used to determine the concentration of mercury(II) in natural waters contaminated by this metal.

Electrochemical and spectroscopic characterization of screen-printed gold-based electrodes modified with self-assembled monolayers and Tc85 protein

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Characterization and catalytic activity of iron(III) mono(4-N-methyl pyridyl)-tris(halophenyl) porphyrins in homogeneous and heterogeneous systems

The synthesis, characterization and catalytic activity of the cationic iron porphyrins Fe[M(4-N-MePy)TDCPP]Cl-2 and Fe[M(4-N-MePy)TFPP]Cl-2 in the epoxidation of (Z)-cyclooctene by PhIO in homogeneous solution and supported on silica gel (SG), imidazole propyl gel (IPG) or SG modified with 2-(4-sulfonatophenyl)ethyl groups (SiSO3) have been accomplished. When supported on IPG, both cationic FeP bind to the support via Fe-imidazole coordination. Fe[M(4-N-MePy)TDCPP]IPG contains a mixture of low-spin bis-coordinated (FeP)-P-III and high-spin mono-coordinated (FeP)-P-III species, whereas Fe[M(4-N-MePy)TFPP]IPG only contains high-spin mono-coordinated (FeP)-P-III. These FePIPG catalysts also contain (FeP)-P-II species, whose presence was confirmed by EPR spectroscopy using NO as a paramagnetic probe. Both cationic FePs coordinate to SG through Fe-O ligation and they are present as high-spin (FeP)-P-III species. The cationic FePs supported on SiSO3- are also high-spin (FeP)-P-III species and they bind to the support via electrostatic interaction between the 4-N-methylpyridyl groups and the SO3- groups present on the matrix. In homogeneous solution, both Fe[M(4-N-MePy)TDCPP]Cl-2 and Fe[M(4-N-MePy)TFPP]Cl-2 have similar catalytic activity to Fe(TDCPP)Cl and Fe(TFPP)Cl, leading to cis-epoxycyclooctane yields of 92%. When supported on inorganic matrices,both FePs lead to epoxide yields comparable to their homogeneous analogues and their anchoring enables catalyst recovery and re-use. Recycling of Fe[M(4-N-MePy)TDCPP]SiSO3- shows that this FeP maintains its activity in a second reaction. (C) 1999 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Flow-through cell based on an array of gold microelectrodes obtained from modified integrated circuit chips

The construction of a flow-through cell incorporating an array of gold microelectrodes is described and its application to flow injection analysis with amperometric detection is presented, Simple modification of almost any conventional integrated circuit chip, used as an inexpensive source of pre-assembled gold micro-wires, leads to the rapid and successful preparation of arrays of 8-48 elements, the polymeric encapsulation material from the top face of the chip is removed by abrasion until the gold micro-mires (used to interconnect the silicon circuit to the external contact pins of the chip) are disrupted and their transversal (elliptical) sections become exposed. Once polished, the flat and smooth top surface of the gold microelectrode-array chip (MEAC) is provided with a spacer and fitted under pressure against an acrylic block with the reference and auxiliary electrodes, to form the electrochemical (thin-layer) flow cell, while the contact pins are plugged into a standard IC socket, This design ensures autonomous electric contact with each electrode and allows fast dismantling for polishing or substitution, the performance of flow cells with MEACs was investigated utilizing the technique of reverse pulse amperometry without oxygen removal, A method was established for the determination of the copper concentration in sugar cane spirit, regulated by law for beverages, Samples from industrial producers and small-scale (alembic) brewers were compared, With a 24 MEAC, a detection limit of 30 mu g I-l of copper (4.7 x 10(-7) mol l(-1) of Cu-II for 100 mu l injections) was calculated, Routine operation was established at a frequency of 60-90 determinations per hour, Intercomparison with atomic absorption spectrometric determinations resulted in excellent agreement.

Electrocatalytic study of an electrode modified with Reactive Blue 4 dye covalently immobilized on amine-functionalized silica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Polymer brush modified electrode with switchable selectivity triggered by pH changes enhanced by gold nanoparticles

In this work, a sensor was built up with smart material based on polymer brush and gold nanoparticles. The modified electrode functionalized with polyacrylic acid (PAA) tethered to indium tin oxide (ITO) and covered with gold nanoparticle (ITO/PAA/Au) demonstrated switchable interfacial properties discriminating different pHs. The switchable electrochemical and plasmonic process was characterized by cyclic voltammetry (CV), electrochemistry impedance spectroscopy (EIS), and localized surface plasmon resonance (LSPR).

Electrochromic Properties of a Metallo-supramolecular Polymer Derived from Tetra(2-pyridyl-1,4-pyrazine) Ligands Integrated in Thin Multilayer Films

The electrochromic behavior of iron complexes derived from tetra-2-pyridyl-1,4-pyrazine (TPPZ) and a hexacyanoferrate species in polyelectrolytic multilayer adsorbed films is described for the first time. This complex macromolecule was deposited onto indium-tin oxide (ITO) substrates via self-assembly, and the morphology of the modified electrodes was studied using atomic force microscopy (AFM), which indicated that the hybrid film containing the polyelectrolyte multilayer and the iron complex was highly homogeneous and was approximately 50 nm thick. The modified electrodes exhibited excellent electrochromic behavior with both intense and persistent coloration as well as a chromatic contrast of approximately 70%. In addition, this system achieved high electrochromic efficiency (over 70 cm(2) C-1 at 630 nm) and a response time that could be measured in milliseconds. The electrode was cycled more than 10(3) times, indicating excellent stability.