Med Halloween över, spöklika utsmyckningar ersätts nu av ornament med jultema, många av dem lyser i mörkret. Denna glöd, kallas luminescens, produceras av kemiska och biokemiska reaktioner eller när elektroner i ett material exciteras till högre energitillstånd vid exponering för ljus. Luminescens av det senare slaget kallas fotoluminescens och används flitigt inom fluorescensmikroskopi och vid utveckling av olika typer av sensorer.

Nu, forskare från Coordination Chemistry and Catalysis Unit vid Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) har upptäckt att genom att kombinera koppar med organiska molekyler, de kan skapa metallkomplex som uppvisar fotoluminescens. Vad mer, genom att variera storleken på dessa organiska molekyler, de kan styra ljusstyrkan på det utsända ljuset. Studien har publicerats i tidskriften Oorganisk kemi .

Forskare har traditionellt skapat fotoluminescerande metallkomplex med material som platina, rutenium, osmium, rhenium och iridium, för användning i föremål som urtavlor på vissa klockor och klockor. Dock, dessa ädla metaller är mycket dyra, och föreningarna de bildar är giftiga att hantera. Kopparkomplex å andra sidan, tillhandahålla ett billigare alternativ och ha en struktur som forskarna lätt kan manipulera.

I den här studien, forskarna skapade fotoluminescerande kopparkomplex genom att kombinera kopparatomer med organiska molekyler, eller ligander, med olika amingrupper. "Processen att konstruera kopparkomplexet är enkel och börjar med syntesen av lämpliga ligander, " förklarar Dr Pradnya Patil, en postdoktorand och studiens huvudförfattare. Hon syntetiserade fyra liknande ligandermolekyler - N-metyl, N-isobutyl, N-isopropyl och N-tert-butyl - som varierade i storlek, där N-metylmolekylen är den minsta och N-tert-butylmolekylen den största.

Idén bakom denna studie slog först Prof. Julia Khusnutdinova många år tidigare. Under sin postdoktorala forskning, hon upptäckte att ligandmolekylerna som används i den här studien, var mycket dynamiska till sin natur eftersom deras förmåga att binda med metallatomer åtföljdes av många variationer i deras molekylära former och rörelse.

De fyra ligandmolekylerna kombinerades sedan med koppar för att producera metallkomplex och deras molekylära strukturer undersöktes med hjälp av avancerade tekniker som röntgendiffraktion och NMR-spektroskopi, för att bestämma deras storlek. Det minsta kopparkomplexet, som innehöll N-metyl, rörde sig mer flexibelt och snabbare jämfört med de andra tre, medan kopparkomplexet med N-tert-butyl var det långsammaste eftersom det hade en skrymmande molekylstruktur. Till deras förvåning, forskarna fann att ju långsammare molekylen är, ju starkare ljus det avgav.

För att ta detta nya fynd vidare, forskarna inkorporerade molekyler med strukturer liknande dessa kopparkomplex i polymerer, så att de kan användas i ett större antal applikationer. Detta har gjort det möjligt för dem att skapa molekylära sonder som lyser starkare när de utsätts för mekanisk påfrestning eller belastning. "Ett sådant material har potential att skapa nya metoder för att förhindra fel på byggmaterial eftersom det kommer att hjälpa till att upptäcka slitage innan materialet faktiskt går sönder. Denna studie belyser mekanismen för sådan spänningsdetektering, " säger professor Julia Khusnutdinova.