La quiralitat és una propietat relacionada amb la forma tridimensional de les molècules. Les molècules quirals poden existir en dues formes (enantiòmers) que són imatge especular una de l'altra. Aquesta subtil diferència, té implicacions tremendament importants en química, ja que dues enantiòmers poden presentar propietats biològiques o farmacològiques completament diferents i fins i tot oposades. Igualment, les propietats mecàniques, magnètiques o elèctriques de molts materials poden variar completament segons estiguen formats per un únic enantiòmer o per mescles d'aquests.
A conseqüència de tot això, existeix una necessitat real tant a nivell de laboratori com a nivell industrial de procediments sintètics que permeten l'obtenció selectiva de compostos quirals en una forma enantiomèrica definida. Entre les diferents metodologies disponibles per a aquest fi, aquelles que utilitzen catalitzadors quirals són les més adequades ja que permeten minimitzar el consum de materials de partida quirals i disminuir la producció de residus, contribuint a processos químics més eficients, més econòmics i més respectuosos amb el medi ambient.
En aquest context el grup de catàlisi asimètrica investiga el desenvolupament de nous catalitzadors quirals basats tant en complexos metàl·lics com organocatalitzadors i la seua aplicació en diverses reaccions de formació d'enllaços C-C enantioselectives dirigides a la síntesi de compostos orgànics quirals d'interés farmacològic enriquits enantiomèricament. Aquestes reaccions inclouen reaccions de funcionalització de compostos aromàtics i heteroaromàtics (reaccions de Friedel-Crafts), reaccions d'addició de carbanions (reaccions aldòliques, reaccions d'Henry), reaccions d'addició de reactius organometàlics (alquilació i alquinilació) o reaccions de cicleaddició (Reaccions de Diels-Alder, addició 1,3-dipolar) etc.
Recentment hem incorporat la utilització de la catàlisi fotoredox en reaccions de formació d'enllaços C-C.
El grup de creixement cristal·lí de la Universitat de València centra la seua activitat en el creixement i la caracterització estructural i morfològica de semiconductors, tant en volum com en forma de capes i nanoestructuras. Esta activitat s'ha exercit fonamentalment en el marc de diferents projectes d'investigació dins de l'àrea de materials per a l'optoelectrònica i l'espintrónica. Els resultats obtinguts s'han plasmat en una significativa contribució acadèmica tant en articles en revistes d'àmplia difusió científica com en congressos i workskops.
L'aproximació al sector tecnològic s'ha realitzat en dos àrees: la d'energia solar i la de sensors d'humitat i infrarojos. Per al desenvolupament d'aquesta activitat investigadora s'ha preparat un laboratori en què s'han instal·lat diferents tècniques de creixement cristal·lí: Bridgman, Physical Vapor Transport, Travelling Heater Method, MOCVD, Esprai Piròlisi, Hidrotermal; així com diferents tècniques de preparació i tractaments post-creixement, la qual cosa aporta una àmplia oferta d'infraestructures i possibilitats de desenvolupament.
En relació amb la caracterització estructural i morfològica, els membres del grup tenen una contrastada experiència en difracció de raigs-X d'alta resolució (HRXRD) i microscòpia electrònica de transmissió d'alta resolució (HRTEM). La correlació de les propietats dels materials amb les condicions de creixement ha permés un millor coneixement dels processos de creixement i defectes estructurals i són l'eix de la part principal del treball del grup. En l'actualitat una bona part de l'activitat està centrada en els òxids de materials del grup II (ZnO, CdO i MgO) així com els seus aliatges.
En aquest marc va estar el lideratge del projecte europeu SOXESS així com l'organització del Symposium IX en l'E-MRS sobre este tema. El grup col·labora de forma regular tant amb grups nacionals (U.Valladolid, U. País Basc, Institut Jaume Almera, (ISOM) UPM, com a estrangers (CNRS-Bellevue, França; Universitat del Warwick, Regne Unit; National Renewable Energy Lab. en Golden, Colorado, EE.UU.).
El Grup de Dispositius Moleculars Optoelectrònics se centra en el desenvolupament de dispositius optoelectròniques com els dispositius electroluminescents (díodes orgànics emissors de llum (FEU OLOR), cèl·lules electroquímiques emissores de llum (LECs) i dispositius fotovoltaics per als sectors de la il·luminació i senyalització, així com en el sector d'energia solar. Usant els mateixos semiconductors moleculars també es desenvolupen bio-sensors per a la detecció d'indicadors humans.
El nostre objectiu fonamental és l'estudi de les equacions d'evolució fraccionàries, sota condicions inicials i de frontera adequades, plantejades sobre un espai de Banach. Aquest tipus de problemes tenen el seu origen en diferents àmbits de la ciència i l'enginyeria, com en viscoelasticitat lineal, processos de difusió en materials amb memòria, electrodinàmica amb memòria o en l'aproximació de lleis de conservació no lineals. D'una banda ens interessa analitzar baix quines condicions es pot assegurar que el problema està ben proposat en el sentit de Hadamard, la propietat de la regularitat maximal, etc., i per una altra estudiar possibles tècniques d'aproximació de la solució.
L'objectiu fonamental d'aquest grup d'investigació és desenvolupar nous mètodes per a equacions en derivades parcials no lineals que ens permeten contribuir a la solució de problemes concrets, la majoria d'ells suggerits per les aplicacions. Els fenòmens no lineals en equacions en derivades parcials són un tema central per la seua aplicació a la ciència, l'enginyeria i la indústria, i en el desenvolupament teòric modern de la pròpia teoria d'equacions en derivades parcials.
En aquest grup ens centrarem en l'estudi d'algunes equacions en derivades parcials no lineals que modelen problemes que provenen de diferents àrees com són: processament d'imatges, ciència de materials i creixement de cristalls, problemes de transició de fases que el seu funcional d'energia lliure té creixement lineal respecte al gradient, problemes de difusió no lineals i de la teoria de la radiació hidrodinàmica. En forma telegràfica els temes en què estem interessats són els següents:
- Equacions parabòliques degenerades amb flux saturat.
- Models per a la dinàmica de materials granulars.
- Equacions hiperbòlic-parabòliques degenerades.
- Equacions de difusió amb termes dependents del gradient.
- Equacions el·líptiques no lineals amb dada mesura.
- El problema de Dirichlet no homogeni per al p-Laplacià.
- Unicitat d'equacions el·líptiques amb termes d'ordre inferior.
- Problemes d'evolució no locals.
- El flux 1-harmònic.
El grup FOTÒNICA I SEMICONDUCTORS (VALLEGE) centra la seua activitat investigadora en la preparació i caracterització de dispositius i materials, abastant aspectes fonamentals i el desenvolupament d'aplicacions, principalment en fotònica. El grup s'estructura en tres grans línies d'investigació:
- SEMICONDUCTORS I CONDICIONS EXTREMES. Aquesta línia desenvolupa diversos temes de treball, en ciència de materials, units per ús de tècniques espectroscòpiques en condicions extremes (altes pressions i altes temperatures) per a la comprensió de la síntesi, estructura cristal·lina i electrònica dels següents materials:
- Semiconductors de gap ample per a aplicacions optoelectròniques, entre ells materials derivats del ZnO i els seus aliatges i delafosites (CuMIIIO2), la preparació dels quals es realitza mitjançant tècniques de deposició en capa prima.
- Materials d'interés geofísic pel paper que juguen en la composició de la terra, com el MgO o el quars
- Materials per a tecnologies verdes com la fotocatàlisi (vanadats de terres rares) o el segrest de CO2 (zeolites i diferents formes de sílice porosa). L'equip d'aquesta línia s'ha especialitzat en l'ús d'una gran varietat dispositius per a la generació d'altes pressions i temperatures que són usats in-situ en equipaments espectroscòpics de laboratori (absorció òptica, espectroscòpia Raman i FTIR, transport) o en grans instal·lacions de radiació sincrotró, de les quals els seus membres són usuaris assidus.
- FIBRES ÒPTIQUES. L'activitat investigadora i tecnològica d'aquesta línia d'investigació se centra en la fabricació de components de fibra òptica, la seua modelització i les seues aplicacions. El Laboratori disposa de quatre tècniques de fabricació de components de fibra òptica fonamentats en:
- la fabricació de fibra òptica de cristall fotònic,
- l'enregistrament de xarxes de Bragg en fibra,
- el muntatge de dispositius acusto-òptics en fibra i
- la preparació de fibres òptiques estretes per fusió i estirament. Entre els camps d'aplicació de l'activitat investigadora del laboratori destaquen el desenvolupament de làsers de fibra òptica, noves fonts de llum (pares de fotons, llum blanca d'espectre supercontinu, etc.), sensors i comunicacions òptiques. L'equip de treball del laboratori de fibres òptiques manté col·laboracions estables amb nombrosos grups d'investigació d'Iberoamèrica i Europa, així com una intensa activitat de col·laboració amb empreses i transferència dels resultats d'investigació.
- MATERIALS I DISPOSITIUS OPTOELECTRÒNICS treballa en la síntesi químic-física de nanomaterials (nanopartícules metàl·liques, punts quàntics, polímers multi-funcionals), processat d'aquests en forma de capes primes, així com en l'estudi de les seues propietats estructurals, electròniques i òptiques. Aquest treball és el punt de partida per a desenvolupar estructures i dispositius fotònics/plasmònics/optoelectrònics, a més de desenvolupar aplicacions en el camp de sensors, energia fotovoltaica i telecomunicacions. D'altra banda, també s'investiga en les propietats òptiques de punts quàntics III-V a nivell aïllat, entre les quals cal esmentar la naturalesa quàntica de la llum que emeten, el seu origen i control, per la seua futura repercussió en el camp de la computació i les comunicacions quàntiques. Més recentment, es comença a preparar i caracteritzar altres tipus de nanoestructures semiconductores bidimensionals, de gruix atòmic, pel seu gran potencial en la futura nanotecnologia electrònica/optoelectrònica en combinació amb elèctrodes de nanoestructures metàl·liques bidimensionals com el grafé.
- Estudi teòric i experimental dels nanoporus polimèrics, funcionalitzats en la seua superfície amb molècules de propietats específiques, amb aplicacions a la Micro i Nanofluídica. Aquests termes es refereixen al processament de líquids sobre distàncies espacials que van des d'uns nanòmetres fins a uns pocs micròmetres. La investigació inclou:
- Identificar quins senyals d'entrada/eixida poden emprar-se en el disseny de dispositius nanofluídics capaços de fer tasques simples de processament d'informació i lògica amb nanoporus funcionalitzats.
- Comparar les funcions biomimètiques dels nanoporus funcionalitzats amb les de les proteïnes situades en els canals iònics mesoscòpics de les membranes biològiques
- Implementar en un solo dispositiu processos de reconfiguració externa mitjançant polsos elèctrics, òptics o químics basats en senyals preprogramades. Seguim ací l'analogia natural entre els dispositius nanofluídics i els components electrònics que controlen el flux d'electrons i de buits per a implementar funcions actives com ara la rectificació, l'efecte de camp i el control bipolar dels corrents iònics.
- Bioelectricitat cel·lular i multicel·lular.
- Modelització de les propietats bioelèctriques cel·lulars com ara el potencial de membrana.
- Simulació teòrica dels mapes de potencial elèctric multicel·lulars i les seues propietats instructives en desenvolupament embrionari, regeneració i càncer.
La ciència i tecnologia dels Materials abasta un ampli conjunt de disciplines, tècniques i mètodes dissenyats per al desenvolupament de materials al servei dels nous reptes de la societat.
En aquest context, el grup INNOMAT, integrat en l'Institut de Ciència dels Materials de la Universitat de València (ICMUV UV), orienta la seua investigació entorn de dues temàtiques amb una clara complementarietat. La primera consisteix en el desenvolupament de protocols innovadors per a la preparació de materials porosos, mesoporosos o nanoestructurats amb característiques que permeten la seua utilització en una gran varietat d'aplicacions, com a sensors, catalitzadors, recobriments, conservació de patrimoni històric etc.Aquests materials estan específicament dissenyats per a amplificar alguna de les propietats físiques o químiques dels seus constituents o bé per a idear propietats noves a partir d'un disseny intel·ligent. És obvi que aquest objectiu requereix el control de nombrosos paràmetres relatius a la naturalesa física, química i estructural dels compostos obtinguts, per al que és necessària la utilització de les tècniques de caracterització apropiades, així com el desenvolupament d'altres de caràcter innovador i que destaquen per les seues propietats específiques i alt valor afegit: alta resolució espacial, alta sensibilitat, versatilitat o portabilitat.
L'anàlisi de les propietats físiques i químiques dels materials i el desenvolupament de noves tècniques de caracterització és per tant la segona activitat principal del grup. Aquesta doble vessant de desenvolupament i caracterització conjumina l'esforç col·laboratiu dels investigadors, físics i químics, que l'integren i aporta al grup un caràcter clarament multidisciplinari. Més concretament, el grup desenvolupa les següents activitats:
- Disseny i síntesi de materials innovadors:
- Materials oxídics i no oxídicos: preparació i caracterització de materials de grandària de partícula variable.
- Nanopartícules massives i poroses amb la incorporació de diversos grups multifuncionals per a aplicacions en diagnòstic i alliberament de fàrmacs.
- Nanocomposites mesoporosos contenint nanopartícules d'or per a la degradació catalítica de CO i VOCs
- Nanocomposites de sílice-polímer, per a aplicacions d'alliberament controlat, remediació (captura de CO₂) i sensors.
- Sílices poroses modificades amb espècies inorgàniques, grups orgànics i complexos de coordinació, com a catalitzadors heterogenis per a química verda.
- Sílices híbrides funcionalitzades per a la detecció de compostos orgànics volàtils.
- Materials per a la restauració i conservació del patrimoni cultural.
- Desenvolupament de tècniques innovadores de caracterització de materials:
- Adaptació d'un espectròmetre Raman per a la seua utilització en la investigació d'objectes del patrimoni cultural, permetent mesures in situ, sense presa de mostra.
- Adaptació d'un espectròmetre EDXRF portàtil per a la seua utilització en la investigació d'objectes del patrimoni cultural, permetent mesures in situ, sense presa de mostra.
- Adaptació d'un microscopi de forces atòmiques per a la caracterització òptica i elèctrica de nanomaterials amb alta resolució espacial.
Síntesi, caracterització i processament a escala micro- i nanomètrica de compostos moleculars commutables entre un o més estats electrònics. L'objectiu immediat és l'obtenció de nous materials funcionals capaços de respondre a estímuls externs (temperatura, pressió, llum o anàlits) de manera controlada i detectable. L'objectiu final és la integració d'aquests materials en dispositius com ara interruptors moleculars, sensors moleculars, memòries moleculars o dispositius opte-electrònics.
L'activitat del grup se centra en el disseny, síntesi i caracterització de nous materials moleculars que presenten diverses propietats d'interés en un mateix material i les propietats del qual puguen ser modulades i ajustades a voluntat. L'objectiu últim serà la preparació de dispositius en els quals aquests materials moleculars multifuncionals representen un avantatge addicional gràcies a la possibilitat de modular aquestes propietats.
Per a això el grup utilitza les eines habituals de la química de coordinació per a la síntesi de materials que combinen diferents propietats. Les propietats més habituals seran de tipus elèctric, magnètic i òptic. Entre les primeres destaquen els materials conductors i superconductors electrònics i iònics. Les propietats magnètiques inclouen acoblaments magnètics, ordenaments magnètics a llarg abast, imants monomoleculars (SMM) o bé imants monocadena (SCM) així com sistemes interruptor com els sistemes de transició de spin (SCO) entre altres. Les propietats òptiques inclouen la luminescència i fluorescència així com sistemes quirals o fotoisomerizables.
Els sistemes amb SCO també presenten propietats òptiques com el bloqueig d'un estat de spin excitat induït o la llum (LIESST) on es produeix una transició a un estat fique-estable de spin per absorció de llum. També ens centrarem en la preparació de materials que combinen les propietats magnètiques amb la porositat amb la finalitat de dissenyar materials capaces d'interaccionar amb molècules hoste i de canviar per això les seues propietats (sensors químics).
El desenvolupament de nous sistemes químics complexos d'aplicació industrial, com són els sensors químics o els nous materials per a alliberament controlat, precisen d'una aproximació multidisciplinària; incloent el coneixement de camps com la química analítica, orgànica i inorgànica, electrònica i enginyeria. El grup d'investigació Materials Orgànics per a Detecció i Alliberament Controlat, MODeLiC, de la Universitat de València treballa fonamentalment en dues línies d'investigació: 1. Síntesi, caracterització i avaluació de sensors químics per a la detecció de tota mena d'espècies de xicoteta grandària amb aplicacions mediambientals i biomèdiques. En aquest camp en els últims anys ha treballat en el disseny i avaluació de sensors, colorimètrics i fluoromètrics principalment, per a la detecció d'agents de guerra química (gasos nerviosos). El treball en sensors per a aquesta mena d'agents ha despertat en els últims anys un gran interés en la comunitat internacional pel fet que els mètodes existents són costosos i requereixen de personal especialitzat, la qual cosa fa que el seu ús siga difícil en casos d'atac amb aquesta mena d'agents a la població civil. El segon camp d'interés del grup és la detecció de gasos contaminants. L'àrea d'aplicació en aquest cas és tant industrial com en entorns públics. Dins d'aquest apartat s'està treballant en la preparació de sensors per a òxids de nitrogen, cianur d'hidrogen, sulfur d'hidrogen i altres gasos contaminants. És interessant indicar que alguns d'aquests gasos (òxid nítric, sulfur d'hidrogen) són espècies que es troben en les cèl·lules i que són responsables d'unes certes respostes biològiques. Per aquesta raó també es treballa en l'avaluació de la resposta sensora dels compostos preparats en cèl·lules. Més recentment, s'ha treballat en la preparació de sensors colorimètrics per a la detecció de drogues de submissió química (en concret GHB) en begudes. Els sensors preparats són capaços de reconéixer la presència de la droga en tota mena de begudes. Aquests sensors poden ser ocupats "in situ" per qualsevol persona ja que són fàcils d'usar, assegurances i selectius. 2. Disseny i caracterització de materials per a l'alliberament controlat de fàrmacs, destacant les aplicacions en el tractament de l'osteoporosi, colitis ulcerosa i síndrome de Crohn i la detecció i tractament de tumors sòlids (entorns hipòxics). Un dels reptes, que es planteja en l'actualitat en el desenvolupament de medicaments, és trobar nous mètodes o sistemes d'administració que representen alternatives més eficaces i segures que les formes farmacèutiques ja disponibles. Per això, en molts casos, resulta convenient buscar formes de dosatge alternatives que permeten un millor accés del fàrmac al seu lloc d'acció. Amb la finalitat de millorar el control en l'alliberament de fàrmacs en el nostre grup s'empra una nova aproximació que consisteix en la preparació de "materials intel·ligents" que estiguen regulats mitjançant estímuls externs. El disseny de nano o micromaterials funcionalitzats amb portes moleculars és una àrea de treball molt fèrtil i prometedora que està conduint a la química de coordinació tradicional i la química supramolecular a les fronteres de la nanociència, la biologia molecular i la bioquímica. Aquests sistemes estan inspirats en els bio-canals i les bio-portes i en general en processos biològics que originen transformacions desencadenades per espècies químiques específiques. L'estudi d'aquest model d'alliberament pot aplicar-se a un elevat nombre de patologies, però, en el nostre grup, s'està estudiant la malaltia inflamatòria intestinal (EII). Aquesta malaltia inclou dues patologies relacionades, la colitis ulcerosa (CU) i la malaltia de Crohn (EC). D'altra banda, la preparació de materials teragnòstics és un camp d'investigació que està despertant cada dia més interés. Aquests materials permeten simultàniament la detecció d'una patologia i el seu tractament. En aquest camp els materials híbrids orgànic-inorgànica han demostrat ser una alternativa molt útil per a la consecució d'aquesta mena de compostos.
Desenvolupament de materials porosos 2D i 3D amb aplicació en catàlisi, magnetisme i recuperació ambiental. En particular el grup treballa amb una mena de materials denominats polímers de coordinació porosos o metal-organic frameworks (MOFs) en anglés. Per a això, utilitzem les eines oferides per la química de coordinació per a, mitjançant l'ús de la tècnica del "complex com lligant", sintetitzar materials amb arquitectures conegudes, alta estabilitat estructural i possibilitat de funcionalitzar "a la carta" els porus dels materials. El que permet un ús efectiu d'aquests materials tant per a la captura selectiva de contaminants com per a la preparació de clústers metàl·lics subnanomètrics d'aplicació en catàlisi.
L'activitat investigadora del grup se centra en aquests moments en el desenvolupament dels projectes MAT2012-33483 (IP Andrés Cantarero, CSD2010-0044 (Coordinadora Clivia Sotomayor, del ICN) i la ITN Nanowiring (Coordinadora Angela Rizzi, de la Universitat de Göttingen, Alemanya).
En el marc d'aquests projectes estudiem les aplicacions de nanofils semiconductors tant en el camp de l'energia com de la fotònica. Els estudis abasten des del nivell fonamental, mitjançant l'estudi de les seues propietats estructurals, electròniques i optoelectròniques, fins a la seua aplicació en dispositius termoelèctrics, optoelectrònics (en particular cèl·lules solars) o en fotònica integrada.
El suport teòric està orientat al desenvolupament de mètodes semiempírics per al disseny i modelització de nanoestructures semiconductores. S'ha implementat una gran varietat de tècniques que permeten explotar els resultats experimentals existents i els obtinguts per tècniques de primers principis. Els mètodes semiempírics faciliten la sinergia entre la teoria i l'experiment. Aquests mètodes permeten, a més, el disseny de dispositius electrònics i optoelectrònics.
Síntesi i caracterització de polímers conductors, termoestables i termoplàstics.
Química dels materials moleculars: Química de polioxometalats, Cúmuls magnètics inorgànics, Imants basats en molècules inorgàniques, Nous conductors moleculars, Materials moleculars híbrids orgànic-inorgànics que combinen magnetisme amb propietats conductores o òptiques, Pel·lícules magnètiques organitzades, Polímers conductors electroactius.
Caracterització física de materials moleculars: Propietats magnetoestructurals (susceptibilitats ac i dc, magnetització, ESR, dispersió inelàstica de neutrons, difracció de raigs X en monocristalls), propietats de transport (conductivitats elèctriques en monocristalls, magnetoresistència).
Models en magnetisme molecular: Interaccions d'intercanvi en grans cúmuls magnètics i imants de baixa dimensió, Nivells d'energia i propietats magnètiques, Interaccions d'intercanvi entre centres orbitals degenerats, Doble intercanvi i deslocalització d'electrons en sistemes de valència mixta.
Dispositius electrònics moleculars: SPIN- OLEDs (Organic Light-Emitting Diode), Vàlvules SPIN, OFETs (Organic Field Effect Transistors).
La nostra investigació té com a fi la generació de coneixement aplicat a les àrees de la química orgànica, la catàlisi i la ciència dels materials. Busquem mitjançant l'originalitat i la multidisciplinarietat generar coneixement científic.
Com a especialistes en Química Orgànica pretenem aportar la nostra visió per a la creació de complexitat molecular, tot orientat a la sostenibilitat i l'eficiència en coherència amb els objectius de desenvolupament sostenible. Concretament, el nostre estudi s'orienta a:
- El disseny de nous materials funcionals i el desenvolupament d'aplicacions alternatives en catàlisis i energia.
- L'ús de sistemes tipus MOF/COV que puguen generar interfícies funcionals d'alta densitat i resistents a mitjans extrems.
- El desenvolupament de noves vies sintètiques per a l'obtenció de complexitat molecular mitjançant processos concordes amb la química verda.
- L'ús de processos d'acte-transferència d'hidrogen per a activar dioles i generar noves estructures.
- El desenvolupament de noves estructures per a sistemes fotovoltaics.
- El desenvolupament de metodologies originals per a accedir a compostos poliaromátics a partir d'estructures simples i amb catàlisis.
Els oligòmers i polímers orgànics conjugats funcionals constitueixen un interessant grup de materials per a la seua aplicació en dispositius optoelectrònics. La combinació de les propietats mecàniques (és a dir, la plasticitat i la processabilitat) amb les seues propietats elèctriques i òptiques sintonitzables (conductivitat, fotoluminiscència i electroluminescència) els converteix en components molt atractius, la qual cosa permet crear pel·lícules fines flexibles de baix cost per a díodes emissors de llum (LED), làsers, pantalles, cèl·lules fotovoltaiques, detectors o transistors d'efecte de camp (FET). En els últims 20 anys, alguna cosa que va sorgir com un camp prometedor per a nous materials i aplicacions ha evolucionat fins a convertir-se en una vertadera indústria amb productes comercials en el mercat.
El rendiment dels dispositius de base orgànica depén de diversos processos complementaris que tenen lloc en la capa activa, com l'absorció òptica, la migració i l'emissió d'energia, així com la generació, el transport i la recombinació de càrregues. Per a comprendre aquests processos, és necessari adquirir un coneixement profund de la naturalesa i propietats dels materials de la capa activa. Això té a veure amb les propietats moleculars intrínseques, és a dir, la naturalesa i la flexibilitat (torsional) de la columna vertebral molecular, la longitud de conjugació efectiva i el patró de substitució, però també amb la disposició específica de les molècules en la capa, que al seu torn està controlada per les seues propietats intrínseques. La sistematització de la relació entre l'estructura molecular i les seues propietats electròniques i òptiques és, doncs, el punt de partida en el disseny racional de nous materials amb propietats millorades.
El disseny de materials abans de la síntesi s'ha convertit en un tema important en la ciència dels materials, on la teoria treballa mà a mà amb la química, la física i la tecnologia de dispositius en un enfocament multidisciplinari. En els últims 10 anys s'ha produït una ràpida evolució dels mètodes de química quàntica per a la predicció fiable de les propietats dels materials, juntament amb l'augment de les capacitats informàtiques. No obstant això, per a obtindre resultats significatius és necessari un coneixement profund de les possibilitats i els límits dels diferents mètodes de la química quàntica, que només proporcionen els especialistes, però que treballen en un entorn interdisciplinari. El conjunt d'eines metodològiques abasta des de mètodes semiempírics rendibles, passant per enfocaments basats en el funcional de la densitat, fins a diferents mètodes ab-initio, fent ús de diversos paquets de química quàntica per a explotar tot l'espectre de la descripció teòrica fiable. Amb el coneixement del mètode químic-quàntic adequat a mà, és possible determinar amb precisió les espècies neutres i carregades de les molècules orgàniques conjugades en el seu estat bàsic i excitat. Es tracta de la geometria i la conformació molecular, els espectres vibracionals ANAR i Raman, l'energia i la topologia dels orbitals, l'afinitat dels electrons i els potencials de ionització, l'energia, així com la intensitat i les propietats vibròniques de les transicions electròniques. De la mateixa manera, els efectes intermoleculars poden tractar-se per a extraure els acoblaments excitònics i electrònics per a modelar els espectres de l'estat sòlid i les propietats de transport d'energia i càrrega, convertint-se així en un instrument indispensable en el disseny de materials.
L'objectiu general del grup QCEXVAL és determinar, amb gran precisió, mecanismes químics derivats de la interacció entre la radiació visible-UV i sistemes moleculars de rellevància en biologia, medicina, nanotecnologia i medi ambient, establint així els fonaments per a predir propietats electròniques innovadores i proposar noves molècules per al seu ús aplicat en aquests camps. Per a això, es fa ús de les eines de la química teòrica i computacional i granges d'ordinadors amb gran potència de càlcul. També contribuïm al desenvolupament de noves metodologies i procediments computacionals que permeten resoldre problemes de gran complexitat.
L'activitat investigadora del grup se centra en la caracterització teòrica de les propietats estructurals, electròniques i d'autoassemblat de sistemes moleculars que actuen com a materials electroactius/fotoactius en dispositius d'Electrònica Molecular (dispositius emissors de llum, cèl·lules fotovoltaiques, sensors, etc.). Atés que les prestacions d'aquesta mena de dispositius depén en gran manera dels processos físics que tenen lloc en la capa activa (absorció/emissió de llum, injecció de càrregues, transport de càrrega i d'excitons, separació de càrregues, etc...), un coneixement en profunditat de la relació existent entre l'estructura de les molècules constituents d'aquesta capa i les seues propietats és crucial per a comprendre les prestacions del dispositiu i per a dissenyar nous materials que permeten millorar aquestes prestacions. Els càlculs químic-quàntics són especialment útils per a establir relacions estructura-propietat, per a predir l'organització supramolecular de les molècules en el material i per a determinar les propietats òptiques i de transport de càrrega i energia.
En particular, el grup ha treballat àmpliament en els següents tipus de materials moleculars:
1) Compostos macricíclics: porfirines i ftalocianines.
2) Polímers conductors: polímers pi-conjugats.
3) Oligòmers pi-conjugats: oligotiofens aromàtics i quinoides.
4) Compostos dadors/acceptors pi-conjugats: materials portadors de buits i electrons.
5) Ful·lerens i associats supramoleculars de ful·lerens i nanotubs.
6) Sistemes electroluminescents: complexos iònics de metalls de transició.
7) Polímers supramoleculars electroactius: estructura i propietats òptiques i de transport.
8) Semiconductors orgànics: propietats de transport de càrrega i energia.
9) Xarxes metall-orgàniques (MOFs): estructura i propietats conductors.
10) Cèl·lules solars de perovskita: portadors de buits/electrons orgànics i propietats.
El grup és especialista en el disseny, síntesi programada i caracterització de compostos de coordinació bonic-i polinuclears amb estructures cristal·lines i topologies d'espin prèviament establides. En concret, l'estratègia preparativa del grup es basa en la concepció i ús del complex com lligant, és a dir un compost estable que actua com lligant enfront d'ions metàl·lics solvatats o complexos preformats amb l'esfera de coordinació no saturada. Aquesta espècie precursora ja pot ser portadora d'una funció o diverses (quiralitat, foto- o redox activa, paramagnètica, etc.) tenint al cap la multifuncionalitat de l'espècie final desitjada. Es tracta d'un treball amb caràcter eminentment bàsic o siga fonamental i entre els principals resultats obtinguts es poden destacar els següents:
- Disseny. materialització i caracterització dels primers exemples de compostos bimetàl·lics monodimensionals amb acoblament ferromagnètic i comportament d'imant (cadenes imant)
- Primers exemples de cadenes imant quirales.
- Primers exemples de disseny racional i materialització interruptors fotomagnètics o redoxmagnètics amb oxamatocomplejos
- Obtenció i caracterització del primer imant protònic de base molecular
- Preparació programada i caracterització del primer exemple de oxalatocomplex bimetàl·lic (tri- i tetranuclear) amb propietats d'imant molecular.
- Preparació de polímers de coordinació porosos amb propietats absorbent de gasos i dissolvents.
- Disseny d'interruptors químics a base de oxamatocomplex basats en el pH que faciliten l'emulsió d'una fase orgànica en aigua amb vista a accelerar processos catalítics en fase homogènia.
- Disseny i caracterització de compostos mononuclears hexacordinats de Co(II) i Mn(III) que constitueixen exemples nous d'Imants Unimoleculars (SIMs, Single Ió Magnets).
- Disseny i materialització dels primers exemples de precursors moleculars foto-actius i magnètics a base de oxamatocomplex.
- Preparació i caracterització de compostos de coordinació multiferroicos: coexistència de ferromagnetisme, ferroelectricitat i òptica no lineal (vertaders compostos multifuncionals dissenyats a la carta).
- Modelització i interpretació de les propietats magnètics a través del Hamiltonian d'Espín i càlculs teòrics del tipus DFT i de MonteCarlo tant Quàntic com Clàssic.
- Anàlisis genètiques en tumors sòlids infantils. A nivell europeu participem en l'establint d'una nomenclatura uniforme, un procediment estàndard d'actuació i estudis de validació de qualitat, imprescindibles per a obtindre i mantindre una alta qualitat dels resultats d'hibridació in situ fluorescent, polimorfisme de nucleòtid únic i seqüenciació (FISH, SNPs i NGS) utilitzats per a l'estratificació terapèutica en neuroblastoma.
- Identificació de nous factors genètics i d'anàlisi microscòpica digital amb valor pronòstic en tumors de baixa prevalença (tumors rars).
- Obtenció i caracterització de línies cel·lulars derivades de tumors en fresc de tumors neuroblàstics i esqueletogens infantils.
- Establiment i caracterització de models in vivo (2D i 3D) de tumors neuroblàstics .
- Estudis d'expressió de marcadors en tumors sòlids pediàtrics i en el carcinoma colorectal.
- Estudis de Patologia Digital del microambient tumoral.
