Covalent and supramolecular wires in the search for electrical and thermoelectrical properties

Resumen

Actualmente, la atención científica en el campo de la electrónica molecular se centra en el estudio de estructuras más complejas, como sistemas supramoleculares, y características menos conocidas, como las propiedades termoeléctricas de estos sistemas. El presente trabajo de tesis doctoral se sitúa exactamente en este escenario, llevando al desarrollo de una nueva generación de cables moleculares caracterizados por fuerzas supramoleculares conjuntamente con la sintesis de nanomateriales híbridos derivados de grafeno. En el primer capítulo se diseñaron, sintetizaron y estudiaron, por un lado, una serie de derivados de fullereno tipo dumbbells y una serie de cables supramoleculares lineales ambos basados en el puente salino entre los grupos amidinio y carboxilato, para que se obtuviese un mejor conocimiento de las propiedades de transferencia de carga en cables supramoleculares. El STM reveló tres resultados principales: i) los derivados de piridina se han mostrado inadecuados para ser investigados, porque ha sido imposible detectar el valor de conductancia. ii) Por primera vez se ha demostrado que el grupo amidino puede ser un eficaz grupo de anclaje. iii) El valor de conductancia del complejo 16a·14b resulta más de dos órdenes de magnitud inferior al del terfenilo utilizado como compuesto de referencia (17), probablemente debido a la naturaleza mixta de la conexión amidinio-carboxilato, que resulta de la combinación de fuerzas supramoleculares y electrostáticas. Por otro lado, se ha desarrollado una serie de cables moleculares derivados de éter corona sobre esqueletos de OPE y PPP basadas en la interacción ion-dipolo entre un catión metálico y el éter corona, para estudiar el efecto que tal coordinación tiene sobre la conductancia del cable, dependiendo de su grupo de anclaje. Mientras que los derivados de PPP se sintetizaron y caracterizaron con éxito, los derivados de OPE se obtuvieron como complejos irreversibles de TPPO. El estudio STMBJ de los compuestos sin complejar mostró valores de conductancia similares a los sistemas basados en p-terfenilenos, mientras que la determinación de las propiedades electrónicas de los cables complejados está actualmente en curso. En el segundo capítulo se ha desarrollado la síntesis de materiales basados en grafeno sobre superficie. Se formaron nuevas uniones covalentes basadas en la combinación híbrida de las propiedades del [60]fullereno y las del grafeno, con la finalidad de estudiar sus propiedades termoeléctricas. El éxito del proceso de funcionalización del grafeno depositado sobre SiO2/Si y los híbridos de control derivados de few layer graphene (FLG) fue confirmado por diferentes técnicas: Raman, TGA, FTIR, XPS, TEM, AFM. Mediante medidas de conductancia a través de c-AFM, se han estudiado las propiedades termoeléctricas de estos nanohíbridos revelando valores sorprendentemente altos respecto a los de otras moléculas orgánicas. Además, el cambio de signo de los valores obtenidos en función del número de grupos de anclaje de la molécula orgánica a la lámina de grafeno, hace que sean candidatos valiosos para ser utilizados en el diseño de dispositivos más complejos.