Spettroscopia e modeling di materiali molecolari funzionali

Spectroscopy and modeling of functional molecular materials

Componenti

  1. Painelli Prof.ssa Anna (Group leader)
  2. Terenziani Prof.ssa Francesca (Group leader)
  3. Masino Prof. Matteo (Group leader)
  4. Sissa Prof.ssa Cristina (Group leader)
  5. Lapini Prof. Andrea (Group leader)
  6. Di Maiolo Dott. Francesco (Ricercatore)
  7. Bardi Dott.ssa Brunella (Tecnico)
  8. Phan Huu Dr. Dang Khoa Andrea (Borsista)
  9. Delledonne Andrea (Borsista)
  10. Giavazzi Davide (Borsista)
  11. Bertocchi Francesco (Dottorando)
  12. Ferraboschi Ilaria (Dottorando)
  13. Savi Lorenzo (Dottorando)
  14. Racchi Dott.ssa Ottavia (Dottorando)
  15. Landi Andrea (Dottorando)

Attività

Settore ERC

PE3_5 - Electronic properties of materials and transport
PE4_1 - Physical chemistry
PE4_13 - Theoretical and computational chemistry
PE4_16 - Photochemistry
PE5_2 - Solid state materials

L’attività di ricerca del gruppo è rivolta allo studio di materiali molecolari funzionali di interesse per applicazioni in fotonica ed elettronica molecolare, per il bioimaging, per lo sviluppo di LED organici, etc. Particolare interesse è rivolto alle proprietà ottiche dei materiali, a fenomeni di trasferimento di carica ed energia in sistemi supramolecolari, in aggregati e cristalli molecolari. La spettroscopia ottica lineare e non-lineare, i fenomeni di rilassamento, gli effetti di intorno (solvatazione, aggregazione, etc.), l’accoppiamento elettrone-vibrazione sono i temi portanti della ricerca che coinvolge lavoro teorico/computazionale e sperimentale condotti in stretta sinergia.

Da un punto di vista teorico, il gruppo si occupa principalmente delle seguenti tematiche:

- Sviluppo di modelli teorici predittivi ed interpretativi per la descrizione delle proprietà spettroscopiche (lineari e non-lineari) di cromofori e multicromofori in soluzione, di nanoparticelle organiche, di aggregati e cristalli molecolari.
- Calcoli quantochimici per lo studio di proprietà spettroscopiche di sistemi molecolari e supramolecolari.
- Risposte chirali in aggregati molecolari e sistemi plasmonici.
- Sistemi quantistici aperti e fenomeni di rilassamento in spettroscopia.
- Quantum cell models per sistemi fortemente correlati in presenza di accoppiamento alle vibrazioni: spettroscopia e transizioni di fase in cristalli molecolari.

La caratterizzazione spettroscopica di sistemi molecolari e supramolecolari avviene attraverso le seguenti tecniche disponibili in loco:

- Spettroscopia elettronica: assorbimento UV-Vis e fluorescenza (steady state e time resolved con tecniche MSC e TCSPC). Gli spettri di assorbimento e fluorescenza possono essere raccolti in un ampio range spettrale che va dall’UV al NIR. Gli strumenti a disposizione per la misura degli spettri di fluorescenza sono forniti di polarizzatori per le misure di spettri di anisotropia di fluorescenza, anche a bassa temperatura con criostato ad azoto liquido.
- Spettroscopia Vibrazionale: micro-IR e micro-Raman di cristalli molecolari e film sottili al variare della temperatura (criostato a He) e della pressione (cella DAC). Studio del polimorfismo e delle transizioni di fase, e dei fenomeni associati all'interazione elettrone-fonone.
- Assorbimento a due fotoni e microscopia multifotonica.
- Sviluppo e validazione di metodi diagnostici medici basati sull’autofluorescenza dei tessuti.

 

The research activity of the group is aimed at the study of molecular functional materials for applications in photonics and molecular electronics, for bioimaging, for the development of organic LEDs, etc. Particular interest is devoted to the optical properties of materials, to charge- and energy-transfer phenomena in supramolecular systems, in aggregates and molecular crystals. Linear and nonlinear optical spectroscopy, relaxation phenomena, environmental effects (solvation, aggregation, etc.), electron-vibration coupling are the main topics of research involving theoretical/computational and experimental work carried out in close synergy.

From a theoretical point of view, the group mainly deals with the following topics:

- Development of predictive and interpretative theoretical models for the description of the (linear and nonlinear) spectroscopic properties of chromophores and multicromophores in solution, of organic nanoparticles, of aggregates and molecular crystals.
- Quantum chemical calculations for the study of spectroscopic properties of molecular and supramolecular systems.
- Chiral responses in molecular aggregates and plasmonics systems.
- Open quantum systems and relaxation phenomena in spectroscopy.
- Quantum cell models for strongly correlated systems in the presence of vibronic coupling: spectroscopy and phase transitions in molecular crystals.

Spectroscopic characterization of molecular and supramolecular systems takes place through the following techniques available on site:

- Electron spectroscopy: UV-Vis absorption and fluorescence (steady state and time resolved with MSC and TCSPC techniques). Absorption and fluorescence spectra can be collected in a wide spectral range from UV to NIR. The instruments available for the measurement of fluorescence spectra are provided with polarizers for the measurement of fluorescence anisotropy spectra, included at low temperature with a liquid nitrogen cryostat.
- Vibrational spectroscopy: micro-IR and micro-Raman of molecular crystals and thin films at different temperatures (He cryostat) and pressure (DAC cell). Investigation of polymorphism and phase transitions, as well as phenomena related to electron-phonon coupling.
- Two-photon absorption and multiphotonic microscopy.
- Development and validation of medical diagnostic methods based on tissue autofluorescence.

 

 

Prodotti della ricerca

N. Gonzalez-Pato, D. Blasi, D.M. Nikolaidou, F. Bertocchi, J.S. Cerdá, F. Terenziani, N. Ventosa, J. Aragó, A. Lapini, J. Veciana, I. Ratera, Nanothermometer Based on Polychlorinated Trityl Radicals Showing Two-Photon Excitation and Emission in the Biological Transparency Window: Temperature Monitoring of Biological Tissues, Small Methods. 8 (2024). iris: 11381/2965233

S. Swathi, S. Meleppatt, P.S. Divya, P. Merin Varghese, A. Delledonne, H. Phan, D. Maiolo, F. Terenziani, A. Lapini, A. Painelli, C. Sissa, K. George Thomas, From symmetry breaking to symmetry swapping: is Kasha's rule violated in multibranched phenyleneethynylenes?, Chemical Science. 14 (2023) 1986-1996. iris: 11381/2939372

F. Bertocchi, A. Delledonne, G. Vargas-Nadal, F. Terenziani, A. Painelli, C. Sissa, Aggregates of Cyanine Dyes: When Molecular Vibrations and Electrostatic Screening Make the Difference, Journal of Physical Chemistry. C. (2023). iris: 11381/2946211

Bardi, Brunella, Dall’Agnese, Chunxiang, Tassé, Marine, Ladeira, Sonia, Painelli, Anna, Moineau-Chane Ching, Kathleen I , Terenziani, Francesca (2018)
Multistimuli-Responsive Materials from Benzothiadiazole-Based Charge-Transfer Chromophores: Interdependence of Optical Properties and Aggregation.
https://air.unipr.it/handle/11381/2849565

Campioli, Elisa, Nikolaidou, Domna-Maria, Hugues, Vincent, Campanini, Marco, Nasi, Lucia, Blanchard Desce, Mireille, Terenziani, Francesca (2015)
Amplified Two-Photon Brightness in Organic Multicomponent Nanoparticles.
https://air.unipr.it/handle/11381/2789831

Di Maiolo, Francesco, Painelli, Anna (2018)
Intermolecular Energy Transfer in Real Time.
https://air.unipr.it/handle/11381/2849663

Ardizzone, Antonio, Kurhuzenkau, Siarhei, Illa‐tuset, Sílvia, Faraudo, Jordi, Bondar, Mykhailo, Hagan, David, Van Stryland, Eric W , Painelli, Anna, Sissa, Cristina, Feiner, Natalia, Albertazzi, Lorenzo, Veciana, Jaume, Ventosa, Nora (2018)
Nanostructuring Lipophilic Dyes in Water Using Stable Vesicles, Quatsomes, as Scaffolds and Their Use as Probes for Bioimaging.
https://air.unipr.it/handle/11381/2843204

Kar, Sabnam, Swathi, K , Sissa, Cristina, Painelli, Anna, Thomas, K George (2018)
Emergence of Chiroptical Properties in Molecular Assemblies of Phenyleneethynylenes: The Role of Quasi-degenerate Excitations.
https://air.unipr.it/handle/11381/2849662

Di Maiolo, Francesco, Sissa, Cristina, Painelli, Anna (2016)
Combining intra- and intermolecular charge-transfer: A new strategy towards molecular ferromagnets and multiferroics.
https://air.unipr.it/handle/11381/2807699

Raimondo, Luisa, Trabattoni, Silvia, Moret, Massimo, Masciocchi, Norberto, Masino, Matteo, Sassella, Adele (2017)
Oxidation of Crystalline Rubrene Films: Evidence of an Epitaxial Native Oxide Layer.
https://air.unipr.it/handle/11381/2830586

Mezzadri, F , Castagnetti, N , Masino, M , Girlando, A (2018)
Solvated and Ferroelectric Phases of the Charge Transfer Co-Crystal TMB-TCNQ.
https://air.unipr.it/handle/11381/2851354

Bardi, Brunella, Dall', Agnese, Chunxiang, Moineau Chane Ching, Kathleen Isabelle, Painelli, Anna, Terenziani, Francesca (2017)
Spectroscopic Investigation and Theoretical Modeling of Benzothiadiazole-Based Charge-Transfer Chromophores: from Solution to Nanoaggregates.
https://air.unipr.it/handle/11381/2829294