Redigering af lysemitterende organiske molekyler via overflademodifikation

Mange forskere inden for materialevidenskab søger konstant nye og alsidige platforme, der kan bruges til at skræddersy materialer, så de matcher deres tilsigtede anvendelse. Et eksempel på dette er kovalente organiske rammer (COF'er), en ny klasse af krystallinske porøse polymerer med et gunstigt sæt grundlæggende egenskaber, nemlig krystallinitet, stabilitet, og porøsitet. Denne kombination gør dem, i teorien, kan justeres til mange moderne applikationer. Desværre, på grund af den måde COF'er normalt opnås på, disse egenskaber er ikke særlig udtalte, resulterer i ustabil, faste stoffer med lav krystallinitet med begrænset porøsitet.

På Japan Advanced Institute of Science and Technology, Dr. Zhongping Li, Lektor Yuki Nagao, og kolleger forsøger at sætte en stopper for dette problem og fremvise COF'ers sande potentiale. I deres seneste undersøgelse, som blev offentliggjort i Angewandte Chemie International Edition som et meget vigtigt papir, Dr. Nagao, Professor Donglin Jiang ved National University of Singapore, og hans team udtænkte en ny strategi for let at justere de lysemitterende egenskaber af hydrazon-forbundne COF'er til at producere rød, grøn, eller blåt (RGB) lys ved at bruge et enkelt materiale. Dette arbejde var resultatet af talrige bestræbelser fra mange forskere, herunder førsteforfatter Zhongping Li, Keyu Geng, Ting han, Ke Tian Tan, Ning Huang, Qiuhong Jiang, og Donglin Jiang ved National University of Singapore.

Forskerne havde udforsket et nyt koncept, der involverer at indføre atomer eller små molekylære grupper i porevæggene på COF'er. Selvom ændringerne i sammensætningen er relativt små, den ordnede introduktion af disse grupper i overfladesteder forårsager drastiske virkninger i den elektroniske struktur af hele molekylet, ændre nogle af dets fysisk-kemiske egenskaber. Uden egentlig at forvente det, forskerne fandt ud af, at de små forstyrrelser, der blev introduceret på steder med enkelt overflade, i høj grad ændrede lysemissionsegenskaberne for hydrazon-forbundne COF'er.

Mere specifikt, ved at indføre brint, klor, methoxy, methyl, eller hydroxyoverfladesteder på porevæggene af COF'er (se figur 1), holdet producerede forbindelser, der kunne finjusteres til at udsende lys ved forskellige distinkte frekvenser inden for RGB-spektret. Overraskende nok, disse COF'er er blandt de få kendte materialerammer, der let kan skræddersyes til at udsende en af ​​de tre primære farver, og endda farver derimellem (se figur 2). Dette er i skarp kontrast til de fleste tilgængelige RGB-teknologier, som kræver forskellige materialer for at producere de tre primære farver. "Takket være de spændende funktioner, vi observerede, COF-baserede materialer tilbyder en løsning på de problemer med lav afstemning, der findes i organiske/polymere lysemitterende materialer, " bemærker Dr. Li. "Ved at introducere forstyrrelser med flere vægoverfladesteder, vores rammer kan bruges til at redigere lysemissionen af ​​materialer for at opnå en given farve på en foruddesignbar og digital måde."

Vigtigt, bortset fra disse nyttige farvejusteringsegenskaber, de syntetiserede COF'er var også deroppe med hensyn til luminescens, stabilitet, og følsomhed over for gæstemolekyler. Denne kombination af funktioner gør det foreslåede rammeværk særligt attraktivt til lys-emitterende og sensing implementeringer ved hjælp af organiske og polymere materialer, såvel som til andre typer applikationer, som Dr. Li forklarer:"Vores perturbationsstrategi med at introducere enkelte atomer eller små grupper for at inducere elektroniske effekter er kompatibel med yderligere funktionalisering og bør være bredt anvendelig til andre typer COF'er."

Det er muligt, at strategienhederne i denne undersøgelse vil forme et nyt regime i lys-emitterende organiske materialer, hvilket skal være nyttigt til både meget sofistikerede applikationer og dagligdags enheder. Yderligere forfining af lignende metoder vil lade os virkelig udnytte den kraft, som selv små, men rationelle ændringer kan have i den makroskopiske opførsel af visse materialer.