FQM 103
Grupo de Espectroscopía y Estructura Molecular
Lineas de Investigación
El grupo trabaja activamente en tres lineas de investigación.
Espectroscopía SERS
El objetivo de esta linea de investigación es profundizar en el conocimiento del fenómeno SERS (Surface-Enhanced Raman Scattering).
Hoy en día se acepta que actúan dos mecanismos fundamentales. El primero de ellos es el llamado mecanismo electromagnético (EM), que explica cómo el metal amplifica la radiación incidente, concentrándola en su superficie, por lo que una molécula situada en las proximidades se encuentra sometida a un campo de radiación mucho más intenso. Se considera que éste es un mecanismo universal en SERS, actuando en todos los espectros Raman en los que se produce una intensificación apreciable, pero no puede por sí solo explicar algunas de las características observadas, especialmente la dependencia de los resultados con el potencial eléctrico de la interfase.
El otro mecanismo es el llamado mecanismo químico o de transferencia de carga (CT), que supone la formación de un complejo superficial metal-adsorbato y la existencia de un proceso resonante similar al de resonancia Raman. La resonancia se establece entre el estado fundamental del complejo superficial y nuevos estados electrónicos del complejo con carácter de transferencia de carga. Estos nuevos estados electrónicos del complejo han sido observados de manera directa en contados casos y no han podido ser caracterizados adecuadamente, pero hay evidencias experimentales que avalan la participación de este mecanismo. El fotón incidente produciría la transferencia de un electrón desde el metal al adsorbato o viceversa en el estado CT excitado. Este mecanismo no sería tan universal como el EM, ya que intervendría o no en una experiencia determinada dependiendo de la naturaleza del sistema metal-molécula seleccionado y, de manera especial, del potencial de la interfase que sintoniza la posición del nivel de Fermi del metal, lo que determina el cumplimiento de la condición de resonancia si coincide con la energía de los fotones utilizados.
Reglas de selección SERS: En la gran mayoría de los trabajos se han discutido los resultados en función de las reglas de selección del mecanismo EM; estas sencillas reglas suponen que las bandas más intensas están relacionadas con vibraciones perpendiculares a la superficie. En cambio las reglas de selección del mecanismo CT son tan complejas como las de cualquier tipo de espectroscopía electrónica, dependiendo de las propiedades de las superficies de energía potencial de los estados electrónicos implicados en el proceso resonante; pero las propiedades de la molécula en el estado fundamental del complejo superficial, y especialmente en el estado CT, son muy poco conocidas.
La problemática del SERS: El principal problema del SERS es conocer qué mecanismo o mecanismos están actuando en cada experiencia. Si el SERS se utiliza como técnica analítica este asunto no supone un inconveniente, pero sí lo es si de lo que se trata es de analizar con detalle los espectros, ya que se pueden analizar en función de unas u otras reglas de selección. Pero la decisión de utilizar unas u otras es más bien arbitraria, ya que no se ha dispuesto de claves que permitan reconocer la presencia de cada mecanismo, y menos aún cuantificar la proporción con que participa cada uno en una experiencia concreta.
La utilidad del SERS: Estas limitaciones ponen en cuestión la propia utilidad del SERS, ya que si se analizan los resultados en función del mecanismo EM se podría deducir la orientación superficial del adsorbato, mientras que si el mismo espectro se analiza en función del mecanismo CT se obtendría información sobre propiedades electrónicas del adsorbato en el estado fundamental y CT del complejo superficial.
A este respecto nuestro grupo ha publicado una serie de artículos en donde se ha propuesto una metodología encaminada a detectar la presencia del mecanismo CT y analizar convenientemente los espectros.
Publicaciones recientes
Reactividad Química
El objetivo de esta línea de investigación se centra en la determinación teórica de Mecanismos de Reacción, tanto térmicos como fotoquímicos. En particular, nos interesan las transiciones no adiabáticas (cruces entre sistemas e intersecciones cónicas) que se presentan en la mayoría de las reacciones químicas. Para este propósito se utilizan distintos métodos Químico-Cuánticos y, en especial, las aproximaciones CAS-SCF (Complete Active Space Self-Consistent Field) y CAS-PT2 (CAS-Second Order Perturbation Theory). Los compuestos en los que venimos trabajando desde hace varias años son los nitro- y nitroso derivados de moléculas orgánicas simples. Estas moléculas se caracterizan por presentar una rica química tanto en sus estados fundamentales como excitados y por ser de interés en distintos campos, por ejemplo, biología, química atmosférica, combustibles, etc.
Publicaciones recientes
Nanoespectroscopía Raman
El interés en la generación de estructuras de dimensiones nanoscópicas ha aumentado espectacularmente en los últimos años por sus aplicaciones potenciales a muchos campos de la ciencia y de la tecnología: Encapsulado de sustancias de interés alimentario y medicamentos, esferas huecas, nanofibras o nanotubos son típicos ejemplos de nanoestructuras de interés industrial. Las nanopartículas metálicas depositadas o en suspensión y las superficies nanoestructuradas son también ejemplos de materiales de gran interés por las propiedades inusuales que presentan, lo que ha permitido su utilización en campos muy diversos.
A este respecto, nuestro grupo de investigación forma parte de NUMALAB, que es un grupo interdisciplinar constituido, en su mayoría, por investigadores de la Universidad de Málaga, pertenecientes a Departamentos de distintas Áreas de conocimiento, con objetivos comunes en el estudio, desarrollo y aplicaciones de nuevos sistemas nanoscópicos.
Estos objetivos comunes engloban la preparación, modificación y caracterización de una serie de compuestos y materiales novedosos, nanotubos y nanofibras de carbono o cerámicos, funcionalizados con aplicaciones tecnológicas de gran interés, como son la catálisis y almacenamiento de hidrógeno, biosensores y sistemas biocompatibles, encapsulado de fármacos etc.
Particularmente, nuestro grupo se encarga de modificar las superficies de algunos de estos materiales mediante técnicas de nanolitografía, modificando así sus características físico-químicas, permitiendo además, la caracterización de las estructuras generadas, así como el efecto de la funcionalización, por imagen AFM y SNOM combinada con espectroscopía de fluorescencia o Raman.
Publicaciones recientes