Espectroscopia de metales de transición en sistemas estructuralmente complejos. Aplicación a vidrios fotoactivos y materiales multiferroicos

Resumen

Esta tesis se centra en caracterizar iones de metales de transición y tierras raras en diferentes sistemas estructuralmente complejos por medio de técnicas de espectroscopía óptica y su aplicación a vidrios fotoactivos y materiales multiferroicos. La aplicación de las técnicas espectroscópicas va a ser fundamental para poder correlacionar la estructura local y electrónica de los diferentes iones incorporados en diferentes entornos. Por un lado, se ha estudiado la incorporación de metales de transición y tierras raras en vidrios con el objeto de transformar la radiación del espectro solar de forma eficiente para aplicaciones fotovoltaicas. Esto es, vidrios que adosados al panel fotovoltaico aumenten su rendimiento. La idea es buscar nuevos vidrios activados ópticamente que permitan mejorar la protección de los paneles fotovoltaicos, aumentar la eficiencia de las células solares de silicio, aprovechando el mayor número de fotones que le llegan con el propósito de conversión fotovoltaica, bien aumentando la transmitancia del vidrio o mediante la conversión del espectro solar a través de aditivos luminiscentes debidamente seleccionados. Para ello, se incorpora un medio activo al vidrio capaz de modificar la distribución espectral solar en rangos más eficientes para las células de silicio. Entre los aditivos incorporados están, CeO2, Bi2O3, Eu2O3, Pr6O11, Cu2O. En algún caso se utilizan combinaciones de varios aditivos con el fin de minimizar el deterioro provocado por la solarización. Por otro lado y a partir de las técnicas de espectroscopía óptica, se han investigado los iones de metales de transición Fe3+ y Cu+/Cu2+ que son de interés en la industria electrónica y del vidrio. Se han estudiado en diferentes entornos cristalinos y se han aplicado las correlaciones obtenidas al estudio de dos problemas básicos pendientes de resolver: 1) La coordinación del Cu2+ en disolución acuosa, que es un tema muy controvertido y de gran interés. La idea desarrollada consiste en explorar la fuerza del color que proporciona el Cu2+ en disolución acuosa ya que es muy sensible a la estructura de coordinación. Para ello, se ha estudiado la absorción óptica del Cu2+ en función de la temperatura en diferentes sistemas con una estructura bien conocida, como es el caso de las sales de Tutton, Cs2Cu(SO4)2.6(H2O), y el CuSO4.5H2O, así como el Cu2+ en vidrio que nos va a dar las claves para desvelar la coordinación o coordinaciones que posee el Cu2+ en disolución acuosa. 2) La estabilidad de los desplazamientos no centrosimétricos del Fe3+ en coordinación octaédrica en el compuesto multiferroico BiFeO3. La ferroelectricidad de este compuesto, asociada con desplazamientos no centrosimétricos (off-center) del Bi3+ y Fe3+ con sus respectivos poliedros de coordinación, desaparece con la presión por encima de 10 GPa. Sin embargo, la estructura cristalina de alta presión propuesta es, en principio incompatible con una estructura off-center del Fe3+ en el octaedro FeO6. Esta memoria pretende responder a estas dos cuestiones fundamentales mediante las técnicas, espectroscopía de absorción y espectroscopía Raman bajo altas presiones y en función de la temperatura, ya que son excelentes sondas locales para iones de metales de transición.