Fotoquímica y espectroscopía in silico: conectando teoría y experimento

Abstract

La simulación de procesos moleculares en el estado electrónico excitado ha suscitado un gran interés debido a su papel central en procesos de relevancia biológica y nanotecnológica, como pueden ser las reacciones que dan lugar lesiones en el ADN o a los procesos de transferencia de energía y carga de gran interés para la tecnología fotovoltaica. Estas simulaciones han avanzado a pasos agigantados durante las últimas dos décadas, yendo de la caracterización de pequeñas superficies de energía potencial restringidas a un puñado de grados de libertad a dinámicas no adiabáticas resueltas en el tiempo y que incluyen todos los grados de libertad del sistema, y de representaciones espectroscópicas basadas en líneas discretas a la modelización de ensanchamientos espectrales que son comparables con el experimento.[1] En este seminario se describen de forma breve diferentes modelos teóricos y cómo pueden ser usados éstos para simular los observables obtenidos en espectroscopia lineal y no lineal,[2,3] así como también de fotoelectrón. Como ejemplos se mostrará la caracterización de la fotofísica y fotoquímica de diferentes sistemas de ADN,[4] incluyendo tanto foto-excitación[4-6] como foto-ionización,[7,8] siendo éstos relevantes para entender cómo la fotoestabilidad de nuestro material genético contribuye a asegurar el proceso de replicación. Se analizarán también sistemas químicos basados en el grupo nitro, conocidos por ser grandes contaminantes en la combustión de carburantes y que están caracterizados por ser de los únicos sistemas orgánicos capaces de poblar estados electrónicos triplete en tiempos por debajo del picosegundo (10−12 s), centrándose en los mecanismos moleculares que permiten dicho proceso y en su espectroscopia. Los diferentes modelos serán puestos en contexto dentro de su complejidad y coste, dando lugar a una serie de reglas generales que permitan su elección para diferentes problemas.