Preparation of Urea and Nitrate-based Deep Eutectic Solvents (DES), optimization and theoretical determination of nonlinear optical properties using first principles

Abstract

En el presente artículo se dan a conocer los resultados obtenidos de la síntesis y caracterización de solventes eutécticos profundos (SEP) formados por mezclas de urea con tres diferentes nitratos metálicos: calcio, potasio y litio; con el objetivo de evaluar su viabilidad como posibles materiales funcionales en aplicación de energías limpias. Se exploraron distintas proporciones molares, veinticinco por cada una de las tres mezclas, para determinar las combinaciones óptimas capaces de formar un SEP estable en fase líquida a temperatura ambiente. Del total de ensayos realizados se pudieron sintetizar posibles cinco SEP a partir de la mezcla nitrato de calcio-urea, estos cinco compuestos obtenidos y todos los precursores utilizados fueron caracterizados mediante espectroscopia UV-Vis. Debido al espacio de tiempo limitado en el que se realizó esta investigación, los resultados experimentales únicamente de los precursores se compararon con espectros teóricos obtenidos mediante cálculos de primeros principios y teoría del funcional de densidad (DFT) utilizando el software Gaussian09. Las estructuras moleculares fueron optimizadas y validadas mediante el análisis de frecuencias vibracionales (IR) para confirmar su estabilidad. Asimismo, se calcularon las propiedades ópticas no lineales (NLO), incluyendo las hiperpolarizabilidades de primer y segundo orden de los precursores. Los espectros de UV-vis teóricos fueron comparados con los experimentales para validar los modelos computacionales, así como profundizar en las interacciones moleculares responsables de la formación del SEP. Finalmente, se realizaron análisis térmicos (DSC) para confirmar la formación del SEP y se discutieron las razones por las cuáles algunas combinaciones no lograron estabilizar una fase líquida. Los resultados obtenidos contribuyen a la evaluación racional de SEPs como alternativas sostenibles en tecnologías energéticas emergentes.