New bis-dipivaloylmethanate compounds of trivalent lanthanide ions: synthesis, characterization and energy transfer

This work reports the synthesis, characterization and the investigation of photoluminescence properties of systems [Ln(DPM)2(NO3)(L)2] and [Ln(L)3(NO3)3] (where L = THPO or TPPO and Ln3+ = Tb3+, Gd3+ or Eu3+), and the dimeric compounds [Eu2(DPM)6] and [Tb2(DPM)6]. The compounds were characterized by elemental analysis of CHN, vibrational spectroscopy in the infrared region, thermogravimetric analysis and their spectroscopic properties were investigated by molecular diffuse reflectance, excitation and emission as well as decay times of emitting states. The experimental data of CHN analysis and complexometric titrations of the synthesized complexes are in agreement with theoretical data for their respective formulas. The absorption spectra in the infrared region show that the coordination of β-diketonate and phosphine oxide ligands to the Ln3+ ions occurs by the oxygen atoms of carbonyl groups and P=O, respectively. The structural behavior of complexes [Eu(DPM)2(NO3)(TPPO)2] and [Tb (DPM)2(NO3)(TPPO)2] is significantly different from those dimeric ones [Eu2(DPM)6] and [Tb2(DPM)6]. In addition, the complex [Tb(DPM)2(NO3)(TPPO)2] presented fractoluminescence phenomenon, emitting green light when its crystals are broken. The presence of metal ligand charge transfer state (TCLM) of low energy in compounds of Eu3+ was also investigated. The luminescent properties studies showed that the bis-DPM systems Eu3+, an increase occurs in the energy state of TCLM, contributing to an increase in luminescence intensity of these compounds, when compared with dimeric complexes. This observation is evidenced by the luminescence at room temperature observed for the first compound, which is not observed for the second. The geometries of complexes [Ln2(DPM)6] and [Ln(DPM)2(NO3)(L)2] with Ln = Tb3+ or Eu3+ were optimized using SPARKLE/RM1 method, the first having a coordination polyhedron described by a monocapped trigonal prism trigonal and the second as distorted dodecahedron.O presente trabalho envolve a síntese, caracterização e a investigação das propriedades fotoluminescentes dos complexos de fórmulas [Ln(DPM)2(NO3)(L)2] e [Ln(L)3(NO3)3], em que L = triciclohexilfosfinóxido (THPO) ou trifenilfosfinóxido (TPPO) e Ln3+ = Tb3+, Gd3+ ou Eu3+, além dos compostos diméricos [Eu2(DPM)6] e [Tb2(DPM)6]. Todos os sistemas foram caracterizados por análise elementar de CHN e Lantanídeo (Ln), espectroscopia vibracional na região do infravermelho, análise termogravimétrica e suas propriedades espectroscópicas foram investigadas por espectroscopia molecular de reflectância difusa, de excitação e emissão, assim como por medidas de tempos de decaimento dos estados emissores. Os dados experimentais das análises de CHN e titulações complexométricas dos complexos sintetizados estão em concordância com os dados teóricos calculados para as suas respectivas fórmulas. Os espectros de absorção na região do infravermelho evidenciam que a coordenação dos ligantes β-dicetonatos e fosfinóxidos aos íons Ln3+ ocorre por meio de átomos de oxigênio dos grupos carbonila e P=O, respectivamente. O comportamento estrutural dos complexos [Eu(DPM)2(NO3)(TPPO)2] e [Tb(DPM)2(NO3)(TPPO)2] é significativamente diferente daqueles complexos diméricos, [Eu2(DPM)6] e [Tb2(DPM)6]. Além disso, o complexo [Tb(DPM)2(NO3)(TPPO)2] apresentou o fenômeno de fractoluminescência, emitindo luz verde quando seus cristais são quebrados. A presença de estados de transferência de carga ligante-metal (TCLM) de baixa energia nos compostos de Eu3+ também foi investigada. Os estudos das propriedades luminescentes mostraram que nos sistemas bis-DPM de Eu3+, ocorre um aumento na energia do estado de TCLM, contribuindo para um aumento na intensidade de luminescência destes compostos, quando comparados com os complexos diméricos. Esta observação é evidenciada pela luminescência à temperatura ambiente observada para o primeiro composto, que não é observada para o segundo. As geometrias dos complexos [Ln2(DPM)6] e [Ln(DPM)2(NO3)(L)2] com Ln = Tb3+ ou Eu3+ foram otimizadas usando o método SPARKLE/RM1, o primeiro apresentando um poliedro de coordenação descrito como prisma trigonal monoencapuzado e o segundo como dodecaedro distorcido