Comprender la relación entre la estructura molecular, las propiedades electrónicas y la función es fundamental para el desarrollo de materiales orgánicos destinados a la conversión y el almacenamiento de energía. Sin embargo, la complejidad de estos materiales dificulta a menudo obtener una visión microscópica completa a partir únicamente de experimentos o modelos teóricos. En este seminario, analizaré cómo la combinación de técnicas avanzadas de caracterización espectroscópica y modelización atomística permite abordar este reto en distintas clases de materiales orgánicos para aplicaciones energéticas.
Los ejemplos de semiconductores orgánicos ilustrarán cómo la espectroscopia de absorción de rayos X y la espectroscopia de fotoelectrones, junto con los cálculos de estructura electrónica, pueden proporcionar información complementaria sobre la orientación molecular, los estados electrónicos y los procesos ultrarrápidos de transferencia de carga. Se prestará especial atención a cómo deben compararse las magnitudes experimentales y teóricas al describir propiedades fundamentales, como la brecha energética, así como a las limitaciones de los modelos basados en moléculas aisladas cuando las interacciones intermoleculares, el desorden estructural y el entorno adquieren relevancia.
A continuación, analizaré cómo la descripción teórica puede ampliarse progresivamente, desde los cálculos moleculares hasta la predicción de estructuras cristalinas y los enfoques multiescala que combinan dinámica molecular y cálculos de mecánica cuántica. Estos métodos permiten relacionar las propiedades observadas experimentalmente con la estructura a escala atómica, tanto en materiales cristalinos como en materiales desordenados procesados a partir de disoluciones. Sus aplicaciones abarcan desde los semiconductores orgánicos hasta los materiales para el almacenamiento electroquímico de energía.
Breve biografía
Cleber Marchiori es profesor ayudante de Física Experimental de Materiales en la Universidad de Karlstad (Suecia). Su investigación se centra en la estructura electrónica y las propiedades fisicoquímicas de materiales orgánicos y moleculares para aplicaciones energéticas, con especial atención a las técnicas avanzadas de espectroscopia de rayos X y a la combinación de la caracterización experimental con la modelización atomística y de la estructura electrónica.
Su trabajo experimental utiliza ampliamente técnicas basadas en radiación sincrotrón, entre ellas la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS), la espectroscopia de estructura fina de absorción de rayos X próxima al umbral (NEXAFS) y la espectroscopia de fotoelectrones resonante (ResPES), para investigar la estructura electrónica, la organización molecular, los procesos de transferencia de carga y la degradación de materiales orgánicos para aplicaciones energéticas. Su investigación ha incluido experimentos en diversas instalaciones de radiación sincrotrón, como MAX IV, SOLARIS y Sirius.
Un tema recurrente en su investigación es la estrecha integración entre experimentación y teoría, desde los cálculos basados en la teoría del funcional de la densidad y los cálculos de estados excitados utilizados para interpretar los resultados espectroscópicos, hasta los métodos atomísticos y multiescala aplicados a materiales complejos. Ha trabajado con semiconductores orgánicos, materiales fotovoltaicos, electrodos orgánicos para baterías y electrolitos poliméricos, con el objetivo general de establecer relaciones entre estructura y propiedades que orienten el desarrollo de materiales funcionales para tecnologías energéticas sostenibles.
