Unikke organiske lys-emitterende molekylære emittere

Et hold med forskere fra Osaka University har produceret en ny molekylær emitter til organiske lysdioder (OLED'er). Ved at bruge rationelt kemisk design med U-formede syntetiske byggesten, forskerne var i stand til at arrangere elektrondonorerne og -acceptorerne i en stor ring kaldet en "makrocyklus". Det hjulformede molekyle kan potentielt bruges ikke kun i OLED'er, men også i små, energieffektive kemikaliesensorer i fremtiden.

Mange moderne fjernsyn og smartphones bruger OLED'er til at vise billeder og videoer. Disse enheder kan effektivt omdanne elektricitet til lys, fordi de er lavet af kulstofbaserede molekyler, der indeholder skiftende enkelt- og dobbeltkemiske bindinger, et arrangement kaldet p-konjugation. Denne konfiguration gør det muligt for elektroner at blive meget mobile, fordi de effektivt "delokaliseres" over store områder af molekylerne, som har tendens til at være lange lineære kæder. Når et molekyle exciteres elektronisk af ekstern energi og derefter slapper af til den oprindelige tilstand, den overskydende energi kan omdannes direkte til lys. Ved at tilføje de rigtige kemiske funktionelle grupper til molekylet, en lang række ejendomme, såsom emissionsfarver og energikonverteringseffektivitet, kan finjusteres.

Nu, et forskerhold ledet af professor Youhei Takeda ved Osaka University har designet og syntetiseret en effektiv makrocyklisk OLED-emitter, hvor donor- og acceptorregioner veksler i en permanent bundet ringstruktur. De fandt ud af, at OLED-enheder fremstillet med den nye makrocykliske emitter viser meget bedre effektivitet sammenlignet med lineære molekylære emittere (der fungerer som åbne former for makrocyklerne), på grund af det faktum, at makrocyklerne mere effektivt kan høste omgivende varmeenergi i en proces kaldet "termisk aktiveret forsinket fluorescens."

"Lineære p-konjugerede oligomerer og polymerer spiller allerede en afgørende rolle i materialevidenskab, men vi fandt ud af, at ringformede makrocykler var endnu bedre til mange applikationer, " siger førsteforfatter Saika Izumi. Holdet var i stand til at skabe to forskellige konformationer, "sadel" og "spiralformet", med forskellige pakningsarrangementer og emissionsfarver. Hulrummene i nanoskala inde i ringene kan designes til at interagere med målmolekyler for at skabe effektive og selektive kemiske sensorer.

"Makrocykler kan arrangeres i højt-ordnede 2-D- og 3-D-molekylære samlinger, der er meget sværere at opnå med lineære analoger, " forklarer seniorforfatter Youhei Takeda.

Mulige fremtidige anvendelser omfatter påvisning af kemiske stoffer, såsom vandmolekyler eller gasser, baseret på moduleringen af ​​lys, der udsendes, når målstoffet er til stede inde i hulrummet.

Artiklen, "Termisk aktiveret forsinket fluorescerende donor-acceptor-donor-acceptor π-konjugeret makrocyklus til organiske lysemitterende dioder, " blev offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .