Synthesis and characterization of lanthanide based luminescent materials

Abstract

In this thesis, synthesis and characterization of new lanthanide based luminescent hybrid materials is studied. The thesis consists of two parts. The silica based luminescent hybrid nanomaterials have been prepared and studied in the first part. The different ways for the nanoencapsulation of rare earth complexes in mesoporous silica nanoparticles have been used to prepare highly luminescent nanomaterials. A highly luminescent Eu(Tp)3 complex with limited solubility in organic solvents has been synthesized in situ inside the pores of presynthesized mesoporous silica nanoparticles. The effect of different chemical environment in the silylated mesoporous silica nanoparticles on the luminescence properties of the Eu(III) complex has been studied in detail by encapsulating Eu(dbm)3phen complex in the pores of organically modified mesoporous silica nanoparticles. Furthermore, solid state NMR studies were performed on the Y(dbm)3phen encapsulated mesoporous silica nanoparticles to obtain the structural and dynamic information on these materials. Co-luminescence effect of Tb(III) and Eu(III) complexes has been studied in the mesoporous silica matrix, with the aim of improving luminescence properties of the encapsulated Eu(III) complex. In the second part of this PhD thesis, new anionic tetrakis lanthanide complexes have been synthesized, characterized and their luminescence properties have been studied in detail in the solid state. Furthermore, the luminescent soft materials were prepared by dissolving anionic tetrakis lanthanide complexes in the phosphonium ionic liquids. The phosphonium ionic liquids have been explored as spectroscopic solvents for studying luminescence of new tetrakis lanthanide complexes.

In questa tesi e’ stata condotto uno studio che ha riguardato la sintesi e la caratterizzazione di nuovi materiali ibridi luminescenti a base di lantanidi. La tesi si compone di due parti. Nella prima parte sono stati preparati e studiati dei nanomateriali ibridi luminescenti a base di silice. Sono state utilizzate diverse modalita’ per il nanoincapsulamento di complessi di terre rare in nanoparticelle di silice mesoporose per preparare nanomateriali altamente luminescenti. Il complesso luminescente Eu(Tp)3, che genralmente mostra una limitata solubilità in solventi organici, è stato sintetizzato in situ all'interno dei pori delle nanoparticelle di silice mesoporose pre-sintetizzate. E’ stato inoltre studiato in dettaglio l’effetto di diverse funzionalizzazioni di nanoparticelle di silice mesoporosa sulle proprietà luminescenti del complesso Eu(dbm)3phen tramite il suo incapsulamento nei pori modificati sulla superficie delle nanoparticelle di silice mesoporose. Per ottenere le informazioni strutturali e dinamiche su questo tipo di sistemi si sono condotti anche degli studi NMR, allo stato solido, su nanoparticelle di silice mesoporose con il complesso Y(dbm)3phen incapsulato. L’effetto di columinescenza dei complessi di Tb(III) e Eu(III) è stato studiato in matrice di silice mesoporosa, allo scopo di migliorare le proprietà di luminescenza del complesso di Eu(III) incapsulato in essa. Nella seconda parte di questa tesi di dottorato, sono stati inoltre sintetizzati e caratterizzati nuovi complessi anionici tetrakis conteneti elementi lantanoidi allo stato solido, e sono state studiate in dettaglio le loro proprietà luminescenti. Infine, sono stati preparati materiali luminescenti “soffici” sciogliendo complessi anionici tetrakis conteneti elementi lantanoidi in liquidi ionici a base di fosfonio e sono state studiate le proprità luminescenti relative.