En RUDN University-kemist har syntetiserat fluorescerande föreningar med "merry-go-round"-molekyler som kan användas för att skapa ekonomiska skärmar med organiska lysdioder (OLED). Kärnan i dessa molekyler är en triangel av silver- eller kopparatomer, och organiska element är bundna till det genom fosforatomer som roterar runt dem. Denna molekylära geometri kan göra det möjligt för forskare att skapa effektivare OLED-skärmar. Artikeln är publicerad i Oorganisk kemi .

Skärmar med OLED skiljer sig från andra moderna typer av skärmar som plasma- och LCD-skärmar. OLED har högre ljusstyrka, kontrast och lägre strömförbrukning. Dock, de är dyrare, och råmaterialet för deras produktion - ledande polymerer - är giftigt, skapar svårigheter vid produktion och bortskaffande.

För att minska kostnaderna för OLED-skärmar och ersätta giftiga råvaror, det är möjligt att använda fluorescerande komplexa föreningar – molekyler med små organiska fragment som omger metallens centrala jon istället för polymerer. Men till dags dato, det finns inga komplex som visar en klar fördel i ljushet och effektivitet jämfört med polymerer. Tillräckligt effektiva föreningar baserade på iridium eller platina är dyra, och billigare komplex med övergångsmetalljoner är inte effektiva.

RUDN-universitetets kemist Alexander Smol'yakov har nu upptäckt föreningar som gör OLED-skärmar mycket ljusare och mer ekonomiska än polymera. Centrum för dessa komplex är inte platina eller iridium, men billigare koppar och silver, som också visade sig vara effektivare och mindre giftig jämfört med polymerer.

Smol'yakov syntetiserade en molekyl i vars centrum är tre joner av envärd koppar eller silver. För att stärka denna struktur, han stabiliserade den med hjälp av derivat av pyrazol - aromatiska molekyler med två kväveatomer i cykeln. Han använde organofosformolekyler som ligander - elektrondonatorer som omger joner. I detta fall, jonerna av envärd koppar och silver bildar en kärna med tre centrum i form av en triangel, och ligander förenar kärnan genom fosforatomer och förblir ganska rörliga.

Vid rumstemperatur, energin från termiska svängningar är tillräcklig för att bryta bindningen
mellan fosfor och metall under en kort tid. Dock, det finns två fosforatomer i en molekyl, och det finns tre metallatomer. Så en av metallatomerna är alltid utan ett par, och om det finns en enda fosfor, metallatomen attraherar den omedelbart – det vill säga, liganden "hoppar" till grannjonen i trecentrumkärnan och bildar en bindning som kan brytas via termiska fluktuationer.

Molekylen förvandlas alltså till en slags molekylär "karusel". Denna konfiguration gör stabila komplex med kärnor av silverjoner, och komplex med kärnor av envärd koppar - föreningarna sönderfaller inte omedelbart efter syntes, som många andra strukturer av denna typ.

Kemister har funnit att en sådan "merry-go-round" struktur av komplexa föreningar leder till uppkomsten av två energitillstånd, övergången däremellan kan leda till luminescens. När det gäller koppar, denna struktur har ett betydande kvantutbyte - det vill säga, förhållandet mellan antalet absorberade och emitterade fotoner är 41 procent.

Således, forskare har för första gången lyckats visa ett tillräckligt högt kvantutbyte på system, vilket öppnar nya möjligheter för nya OLED-skärmar. Studien genomfördes tillsammans med forskare från INEOS RAS och Saint Petersburg State University.