Fig. 1 Schematisk förklaring för det utvecklade TADF-aktiva makrocykliska materialet. Kredit:Osaka University
Ett team med forskare från Osaka University har tagit fram en ny molekylär emitter för organiska ljusemitterande dioder (OLED). Genom att använda rationell kemisk design med U-formade syntetiska byggstenar, forskarna kunde ordna elektrondonatorerna och -acceptorerna i en stor ring som kallas en "makrocykel". Den hjulformade molekylen skulle potentiellt kunna användas inte bara i OLED utan också i små, energieffektiva kemikaliesensorer i framtiden.
Många moderna tv-apparater och smartphones använder OLED för att visa bilder och videor. Dessa enheter kan effektivt omvandla elektricitet till ljus eftersom de är gjorda av kolbaserade molekyler som innehåller alternerande enkel- och dubbelkemiska bindningar, ett arrangemang som kallas p-konjugering. Denna konfiguration tillåter elektroner att bli mycket rörliga eftersom de effektivt "delokaliseras" över stora delar av molekylerna, som tenderar att vara långa linjära kedjor. När en molekyl exciteras elektroniskt av extern energi och sedan slappnar av till det ursprungliga tillståndet, överskottsenergin kan omvandlas direkt till ljus. Genom att lägga till rätt kemiska funktionella grupper till molekylen, en hel rad fastigheter, som emissionsfärger och energiomvandlingseffektivitet, kan finjusteras.
Nu, ett forskarlag under ledning av professor Youhei Takeda vid Osaka University har designat och syntetiserat en effektiv makrocyklisk OLED-sändare där donator- och acceptorregioner alternerar i en permanent bunden ringstruktur. De fann att OLED-enheter tillverkade med den nya makrocykliska emittern visar mycket bättre effektivitet jämfört med linjära molekylära emitters (som fungerar som öppna former av makrocyklerna), på grund av det faktum att makrocyklerna mer effektivt kan skörda omgivande värmeenergi i en process som kallas "termiskt aktiverad fördröjd fluorescens."
Fig. 2 Strukturer av TADF-molekylära material
"Linjära p-konjugerade oligomerer och polymerer spelar redan avgörande roller inom materialvetenskap, men vi fann att ringformade makrocykler var ännu bättre för många applikationer, " säger första författaren Saika Izumi. Teamet kunde skapa två olika konformationer, "sadel" och "spiralformad", med olika förpackningsarrangemang och emissionsfärger. Kaviteterna i nanoskala inuti ringarna kan utformas för att interagera med målmolekyler för att skapa effektiva och selektiva kemiska sensorer.
"Makrocykler kan ordnas i högordnade 2-D- och 3-D-molekylära sammansättningar som är mycket svårare att uppnå med linjära analoger, " förklarar seniorförfattaren Youhei Takeda.
Möjliga framtida tillämpningar inkluderar upptäckt av kemiska ämnen, såsom vattenmolekyler eller gaser, baserat på moduleringen av ljus som emitteras när målämnet är närvarande inuti kaviteten.
Artikeln, "Termiskt aktiverad fördröjd fluorescerande donator-acceptor-donator-acceptor π-konjugerad makrocykel för organiska ljusemitterande dioder, " publicerades i Journal of the American Chemical Society .
