Många forskare inom materialvetenskap söker ständigt nya och mångsidiga plattformar som kan användas för att skräddarsy material för att matcha deras avsedda användning. Ett exempel på detta är kovalenta organiska ramverk (COFs), en framväxande klass av kristallina porösa polymerer med en gynnsam uppsättning grundläggande egenskaper, nämligen kristallinitet, stabilitet, och porositet. Denna kombination gör dem, i teorin, justerbar för många moderna applikationer. Tyvärr, på grund av hur COF vanligtvis erhålls, dessa egenskaper är inte särskilt uttalade, vilket resulterar i instabil, fasta ämnen med låg kristallinitet med begränsad porositet.

Vid Japan Advanced Institute of Science and Technology, Dr Zhongping Li, Docent Yuki Nagao, och kollegor försöker sätta stopp för denna fråga och visa upp COFs verkliga potential. I deras senaste studie, som publicerades i Angewandte Chemie International Edition som ett mycket viktigt dokument, Dr Nagao, Professor Donglin Jiang vid National University of Singapore, och hans team utarbetade en ny strategi för att enkelt justera de ljusavgivande egenskaperna hos hydrazonkopplade COF för att producera rött, grön, eller blått (RGB) ljus genom att använda ett enda material. Detta arbete var resultatet av många ansträngningar av många forskare, inklusive förstaförfattaren Zhongping Li, Keyu Geng, Ting He, Ke Tian Tan, Ning Huang, Qiuhong Jiang, och Donglin Jiang vid National University of Singapore.

Forskarna hade undersökt ett nytt koncept som innebär att atomer eller små molekylära grupper introducerades i porväggarna på COF. Även om förändringarna i sammansättningen är relativt små, det ordnade införandet av dessa grupper i ytplatser orsakar drastiska effekter i den elektroniska strukturen av hela molekylen, förändra några av dess fysikalisk-kemiska egenskaper. Utan att riktigt förvänta sig det, forskarna fann att de små störningarna som introducerades på platser med enstaka ytor kraftigt modifierade ljusemissionsegenskaperna hos hydrazonkopplade COFs.

Mer specifikt, genom att införa väte, klor, metoxi, metyl, eller hydroxiytplatser på porväggarna hos COFs (se figur 1), teamet producerade föreningar som kunde finjusteras för att avge ljus vid olika distinkta frekvenser inom RGB-spektrumet. Förvånande, dessa COFs är bland de få kända materialramverk som enkelt kan skräddarsys för att avge vilken som helst av de tre primärfärgerna, och jämna färger däremellan (se figur 2). Detta står i skarp kontrast till de flesta tillgängliga RGB-tekniker, som kräver olika material för att producera de tre primärfärgerna. "Tack vare de spännande funktionerna vi observerade, COF-baserade material erbjuder en lösning på de låga avstämningsproblem som finns i organiska/polymera ljusavgivande material, " anmärker Dr. Li. "Genom att introducera störningar med flera väggytor, våra ramverk kan användas för att redigera ljusemissionen av material för att uppnå vilken färg som helst på ett fördesignbart och digitalt sätt."

Viktigt, förutom dessa användbara färgavstämningsegenskaper, de syntetiserade COF var också där uppe när det gäller luminescens, stabilitet, och känslighet för gästmolekyler. Denna kombination av funktioner gör det föreslagna ramverket särskilt attraktivt för ljusemitterande och avkännande implementeringar som använder organiska och polymera material, såväl som för andra typer av applikationer, som Dr Li förklarar:"Vår störningsstrategi att introducera enstaka atomer eller små grupper för att inducera elektroniska effekter är kompatibel med ytterligare funktionalisering och bör vara allmänt tillämpbar på andra typer av COF."

Det är möjligt att strategianordningarna i denna studie kommer att forma en ny regim i ljusavgivande organiska material, som ska vara användbar för mycket sofistikerade applikationer och dagliga enheter. Ytterligare förfining av liknande metoder kommer att låta oss verkligen utnyttja kraften som även små, ändå kan rationella förändringar ha i det makroskopiska beteendet hos vissa material.