Ny krystalteknisk strategi til at designe ultralyse fluorescerende faste farvestoffer

Når det kommer til at designe ultralyse solid-state fluorescerende materialer, kan brobyggede krystaldesign være nøglen til at muliggøre monomer emission og få adgang til nye krystallinske systemer, afslører en ny undersøgelse. Et forskerhold fra Tokyo Institute of Technology forberedte ultralyse fluorescerende farvestoffer ved hjælp af di-broforbundne distyrylbenzener (DSB'er) med fleksible alkylenbroer ved hjælp af en ny krystalteknisk undersøgelse. Resultaterne har vigtige implikationer for området fotofunktionelle materialer.

Fluorescerende faste organiske farvestoffer har en række anvendelser lige fra funktionelle nanomaterialer og organiske lysdiode (OLED)-skærme til lasere og bio-billedbehandling. Disse molekyler har fremragende alsidighed, tilpasningsdygtige molekylære designs og fremragende bearbejdelighed. Forbedring af de luminescerende egenskaber, krystalliniteter og emissionsfarver af disse faststof-fluorescerende farvestoffer er et nøgleområde for forskning på området, især for design af avancerede OLED'er. Udviklingen til dette formål er dog begrænset af tre hovedfaktorer. For det første oplever de fleste fluorescerende farvestoffer koncentrationsslukning (en reduktion i fluorescens, når koncentrationen af ​​det fluorescerende molekyle overstiger et vist niveau) i fast tilstand. For det andet farvestofmolekylernes tendens til at aggregere i fast tilstand og producere fluorescens af forskellige farver på grund af de resulterende intermolekylære elektroniske interaktioner. Og tre, krystaldesignstrategier, der kan sikre monomer emission (i det væsentlige emissioner af en enkelt bølgelængde, dvs. farve), er underudviklede.

For at løse dette udviklede et forskerhold, ledet af lektor Gen-ichi Konishi fra Tokyo Institute of Technology, en ny krystaldesignstrategi ved hjælp af fleksible molekylære broer. Undersøgelsen, offentliggjort i Chemistry—A European Journal , beskriver præparatet højfluorescerende monomeremissionsdi-broforbundne distyrylbenzener (DSB'er) med kontrollerede elektroniske egenskaber og luminescens. "En typisk tilgang til krystaldesign til fluorescerende faste farvestoffer er den sterisk-hindre-baserede strategi, hvor vi manipulerer hovedparten af ​​et molekyle for at forårsage overbelastning omkring de reaktive atomer og undertrykke intermolekylære interaktioner. Men en hyppig ulempe ved denne tilgang er en øget afstand mellem kromoforerne (fluorescerende molekyler). Vores designstrategi undgår med succes denne bivirkning," forklarer lektor Konishi.

I denne undersøgelse udarbejdede forskerholdet en meget tæt krystallinsk struktur kaldet DBDB[7]s. DSB'er og DBDB[7]'er er π-konjugerede systemer, hvilket betyder, at disse organiske molekyler har skiftende enkeltbindinger (C-C) og dobbeltbindinger (C=C) i deres strukturer. Holdet introducerede en organisk funktionel gruppe kaldet propylen som bromolekyler mellem de seks-leddede ringe på hver side af dobbeltbindingerne i DSB-strukturen. Denne tilføjelse gav anledning til en ny kompakt krystalstruktur med undertrykte intermolekylære interaktioner og lavere afstande mellem kromoforerne. "I bund og grund skabte introduktionen af ​​syv-leddede (efter brodannelse) ringe til DSB-kernen en moderat forvrængning og sterisk hindring i π-planet af DSB, som gjorde det muligt for os at kontrollere det molekylære arrangement uden at øge krystaldensiteten," siger Associate . Prof. Konishi.

Holdet undersøgte yderligere de fotofysiske egenskaber af DBDB[7]s og opdagede, at lille størrelse af bromolekylerne, der blev brugt i denne undersøgelse, hjalp monomer emission i fast tilstand. De så også, at DBDB[7]s var ultralys med højt kvanteudbytte og udsendte lignende farver i både uaggregeret fortyndet opløsning og i fast tilstand.

"Den broforbundne DSB-krystalstruktur beskrevet i vores undersøgelse giver adgang til nye krystallinske systemer," konkluderer lektor Konishi. "Vores strategi har vidtrækkende konsekvenser for, hvordan vi nærmer os design af fotofunktionelle molekylære krystaller." + Udforsk yderligere

Justerbar emissiv organisk platform