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Tipo de Documento: Dissertação
Título: Estudo sistemático da transferência de energia e de espectros de absorção em complexos de európio(III): aplicações da TDDFT e análise quimiométrica
Título(s) alternativo(s): A systematic study of energy transfer and absorption spectra in europium(III) complexes: applications of TDDFT and chemometric analysis
Autor(es): Santos, Gabriel Silva
Data do documento: 5-Fev-2026
Orientador: Dutra, José Diogo de Lisboa
Resumo: Neste trabalho, avaliou-se o desempenho de diferentes funcionais TDDFT (Timedependent density-functional theory) na descrição de espectros de absorção e da transferência de energia (TE) em complexos de Eu3+. Inicialmente, três complexos βdicetonatos foram estudados: [Eu(DPTB)3(H2O)2] (Eu-1), [Eu(DPTB)3(BathPhen)] (Eu2) e [Eu(hfaa)3(Nap-TerPyr)] (Eu-3), modelados com o método DFT PBE0/TZVP/MWB52. Os resultados TDDFT CAM-B3LYP reproduziram satisfatoriamente os espectros experimentais de Eu-1 e Eu-2, com absorção dominada pelos ligantes β-dicetonatos. A TE ocorreu majoritariamente pelos canais T1→5D0 e T1→5D1, com taxas da ordem de 107 s -1 . A maior eficiência de sensibilização de Eu-1 (η = 52,6%; exp.: 56,3%) em relação a Eu-2 (η = 45,0%; exp.: 44,5%) foi atribuída à menor taxa de desativação T1→S0. Para Eu-3, uma análise PCA agrupou os funcionais em três grupos distintos. Os espectros previstos pelos funcionais PBE0, B1P, X3LYP, B1LYP, REVPBE0, TPSS0, PW1PW, mPW1PW e mPW1LYP apresentaram melhor concordância com o experimental. O método INDO/S-CIS reproduziu bem o espectro, porém subestimou significativamente a energia T1. Os resultados TDDFT indicaram a participação relevante do ligante neutro na absorção eletrônica e dos ligantes βdicetonatos na TE via T1→Eu3+, com rendimento calculado de 52,8% (exp.: 48,8%). Posteriormente, investigou-se a influência de parâmetros metodológicos nos espectros TDDFT. A clusterização através da PCA de 122 espectros experimentais revelou a formação de três grupos distintos. A projeção de espectros teóricos no espaço PCA, combinada com distâncias de Mahalanobis, indicaram que o funcional B3LYP é o mais consistente globalmente dentre os estudados. Por isso, foi adotado para o estudo dos parâmetros por planejamento fatorial. O planejamento fatorial fracionado 25-2 mostrou que os efeitos de base, número de estados excitados, uso da TDA, solvente implícito e dispersão dependem do cluster espectral: no grupo 1, os efeitos foram pouco relevantes; no grupo 2, a ausência de TDA melhorou a concordância; e no grupo 3, correções de dispersão e ausência de TDA foram determinantes para melhorar a reprodução dos perfis experimentais.
Abstract: In this work, the performance of different TDDFT(Time-dependent density-functional theory) functionals in describing absorption spectra and energy transfer (ET) in Eu3+ complexes was evaluated. Initially, three β-diketonate complexes were studied: [Eu(DPTB)3(H2O)2] (Eu-1), [Eu(DPTB)3(BathPhen)] (Eu-2), and [Eu(hfaa)3(Nap-TerPyr)] (Eu-3), modeled using the DFT PBE0/TZVP/MWB52 method. TDDFT CAM-B3LYP results satisfactorily reproduced the experimental spectra of Eu-1 and Eu-2, with absorption dominated by β-diketonate ligands. ET occurred mainly through the T1→5D0 and T1→5D1 channels, with rates on the order of 107 s -1 . The higher sensitization efficiency of Eu-1 (η = 52.6%; exp.: 56.3%) compared to Eu-2 (η = 45.0%; exp.: 44.5%) was attributed to a lower T1→S0 deactivation rate. For Eu-3, Principal Component Analysis (PCA) grouped the functionals into three distinct clusters. The spectra predicted by PBE0, B1P, X3LYP, B1LYP, REVPBE0, TPSS0, PW1PW, mPW1PW, and mPW1LYP showed better agreement with experiment. The INDO/S-CIS method reproduced the spectrum well but significantly underestimated the T1 energy. TDDFT results indicated a relevant contribution of the neutral ligand to electronic absorption and of the β-diketonate ligands to ET via T1→Eu3+, with a calculated yield of 52.8% (exp.: 48.8%). Subsequently, the influence of methodological parameters on TDDFT spectra was investigated. PCA clustering of 122 experimental spectra revealed three distinct groups. The projection of theoretical spectra in PCA space, combined with Mahalanobis distances, indicated that the B3LYP functional is the most globally consistent among those studied. Therefore, it was adopted for the factorial design parameter study. The fractional factorial design (25-2 ) showed that the effects of basis set, number of excited states, use of TDA, implicit solvent, and dispersion depend on the spectral cluster: in group 1, effects were minimally relevant; in group 2, the absence of TDA improved agreement; and in group 3, dispersion corrections and absence of TDA were decisive for better reproduction of experimental profiles.
Palavras-chave: Transferência de energia
Espectro de absorção
Luminescência
Quimiometria
Luminescence Package (LUMPAC)
Energy transfer
Absorption spectrum
Luminescence
Chemometric analysis
área CNPQ: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Agência de fomento: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
Idioma: por
Sigla da Instituição: Universidade Federal de Sergipe (UFS)
Programa de Pós-graduação: Pós-Graduação em Química
Citação: SANTOS, Gabriel Silva. Estudo sistemático da transferência de energia e de espectros de absorção em complexos de európio(III): aplicações da TDDFT e análise quimiométrica. 2026. 116 f. Dissertação (Mestrado em Química) — Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2026.
URI: https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/25794
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