Chymeia | FRANCISCO NÚÑEZ ZARUR / RICARDO VIVAS REYES Tris (8-hidroxiquinolinato) de aluminio (III) Uno de los usos que se le ha dado a la química computacional es la descripción de la estructura electrónica de moléculas. Dentro de la ciencia de materiales existe una clase especial de compuestos con propiedades fotoemisoras, esto es, compuestos que en respuesta a una perturbación externa emiten luz en el rango visible del espectro electromagnético. Debido a esto, estas moléculas se han aplicado exitosamente en diodos emisores de luz. Cuando la fuente de radiación es de naturaleza orgánica se conocen como “Diodos Orgánicos Emisores de Luz” (En Inglés OLED). En los años 80´s, la compañía Kodak® fabricó el primer dispositivo OLED de dos capas, en el cual cada capa era capaz de transportar una sola clase de carga. Este hecho marcó un hito en la historia y fue el impulso que logró el desarrollo actual de estas tecnologías. Un OLED es un dispositivo multicapas arreglado en forma de “sándwich” consistente en una capa transportadora de huecos (HTL), una capa transportadora de electrones (ETL) y una capa emisiva (EL) dispuestas entre dos electrodos: el ánodo constituido generalmente de ITO (oxido de indio y estaño) y el cátodo, constituido generalmente de un metal de baja función de trabajo o su respectiva aleación. La Figura 1 muestra la configuración típica de un OLED. Cuando se establece un voltaje eléctrico entre los electrodos del dispositivo, electrones y huecos son inyectados desde los electrodos en la ETL y HTL respectivamente. Entonces, las especies generadas migran a través de sus respectivas capas una hacia la otra, hasta que finalmente se encuentran en la capa emisiva, en donde por un proceso llamado “aniquilación” (“recombinación”) se forma una especie excitada llamada excitón, en cuya relajación se emite luz de color característico. Este excitón es una especie singlete cuya relajación produce una radiación propia y su color es determinado por el intervalo que hay entre los orbitales moleculares HOMO-LUMO de éste.
molecular, comparado con los anteriores que trabajan con polímeros o materiales funcionalizados. De esta manera, siguiendo este reporte, los metalo-quinolinatos se convirtieron en el foco de la investigación en nuevos materiales electroluminiscentes. El AlQ3 es un complejo con un átomo de aluminio en estado de oxidación +3 presentando una configuración octaédrica distorsionada. La Figura 2 muestra la estructura plana de este complejo. El AlQ3 puede existir en dos formas isoméricas, la mer y la fac, con simetrías C1 y C3 respectivamente. Sin embargo, estudios tanto teóricos como experimentales encuentran al isómero mer como la forma más estable. Por ejemplo, Sheppard y colaboradores [1] realizaron un estudio del espectro RMN de protón y no encontraron formas resonantes del isómero fac. Igualmente, Kafafi y colaboradores [2] realizaron un estudio teórico-experimental del espectro infrarrojo a baja temperatura y encontraron poca o ninguna evidencia del isómero fac, en tanto que Curioni y colaboradores [3] hicieron un trabajo teórico con el funcional B-LYP en los dos isómeros, encontrando que la forma mer es más estable que la forma fac por 4 Kcal/mol, mientras que en el trabajo de Kafafi antes mencionado se encontró una diferencia de 7,8 Kcal/mol a favor del isómero mer.
Figura 2. Estructura molecular del mer-AlQ3
Figura 1. Diagrama del OLED típico
Un subgrupo especial de estos materiales son una clase de complejos organometálicos con ligandos de 8-hidroxiquinolina. Uno de los complejos mas estudiados en el campo de los OLED´s es el tris-8-hidroxiquinolinato de aluminio (III), abreviado AlQ3. Este compuesto fue usado como material emisor en un OLED por dos científicos de la compañía Kodak® en 1987. Este fue el primer OLED eficiente reportado con un material de bajo peso
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Por esto, casi todos los trabajos y estudios realizados sobre este complejo tratan solo al isómero mer. El primer trabajo detallado de la estructura electrónica del AlQ3 fue realizado por Curioni y colaboradores. Con la ayuda de cálculos mecánicocuánticos de gradiente corregido compararon las estructuras electrónicas de los dos isómeros, encontrando que en el isómero mer los orbitales moleculares se encontraban más localizados que en el fac. Pudieron describir la naturaleza del HOMO y el LUMO del AlQ3, los cuales se encuentran divididos en energía y se localizan sobre regiones especificas de los ligandos. El HOMO se localiza principalmente sobre el anillo fenóxido de los ligandos, mientras que el LUMO lo hace en el lado piridínico de los mismos. Sin embargo, del trabajo de Curioni se desprende que, debido al débil acoplamiento de las funciones de onda correspondientes a la transición HOMO→LUMO, la transición óptica más fuerte será la transición