När det gäller att designa ultraljusa fasta fluorescerande material, kan bryggade kristalldesigner vara nyckeln till att möjliggöra monomer emission och komma åt nya kristallina system, avslöjar en ny studie. En forskargrupp från Tokyo Institute of Technology förberedde ultraljusa fluorescerande färgämnen med hjälp av di-bryggade distyrylbensener (DSB) med flexibla alkylenbryggor, med hjälp av en ny kristallteknisk studie. Fynden har viktiga implikationer för området fotofunktionella material.

Fluorescerande fasta organiska färgämnen har en rad applikationer, allt från funktionella nanomaterial och organiska lysdioder (OLED) till lasrar och bioavbildning. Dessa molekyler har utmärkt mångsidighet, anpassningsbar molekylär design och utmärkt bearbetningsförmåga. Att förbättra de luminescerande egenskaperna, kristalliniteterna och emissionsfärgerna för dessa fasta fluorescerande färgämnen är ett nyckelområde för forskning inom området, särskilt för design av avancerade OLED. Utvecklingen i detta syfte begränsas dock av tre viktiga faktorer. En, de flesta fluorescerande färgämnen upplever koncentrationssläckning (en minskning av fluorescens när koncentrationen av den fluorescerande molekylen överstiger en viss nivå) i fast tillstånd. Två, tendensen hos färgämnesmolekyler att aggregera i fast tillstånd och producera fluorescens av olika färger på grund av de resulterande intermolekylära elektroniska interaktionerna. Och tre, kristalldesignstrategier som kan säkerställa monomer emission (i huvudsak emissioner av en enda våglängd, dvs. färg) är underutvecklade.

För att ta itu med detta utvecklade en forskargrupp, ledd av docent Gen-ichi Konishi vid Tokyo Institute of Technology, en ny kristalldesignstrategi med hjälp av flexibla molekylära broar. Studien, publicerad i Chemistry—A European Journal , beskriver preparatet högfluorescerande monomeremitterande di-bryggade distyrylbensener (DSB) med kontrollerade elektroniska egenskaper och luminescens. "Ett typiskt tillvägagångssätt för kristalldesign för fluorescerande fasta färgämnen är den sterisk-hinderbaserade strategin, där vi manipulerar huvuddelen av en molekyl för att orsaka stockning runt de reaktiva atomerna och undertrycka intermolekylära interaktioner. Men en ofta förekommande nackdel med detta tillvägagångssätt är en ökad avståndet mellan kromoforerna (fluorescerande molekyler). Vår designstrategi undviker framgångsrikt denna bieffekt", förklarar docent Konishi.

I denna studie förberedde forskargruppen en mycket tät kristallin struktur som kallas DBDB[7]s. DSB och DBDB[7] är π-konjugerade system, vilket betyder att dessa organiska molekyler har alternerande enkelbindningar (C-C) och dubbelbindningar (C=C) i sina strukturer. Teamet introducerade en organisk funktionell grupp som kallas propen som bryggmolekyler mellan de sexledade ringarna på vardera sidan av dubbelbindningarna i DSB-strukturen. Detta tillägg gav upphov till en ny kompakt kristallstruktur med undertryckta intermolekylära interaktioner och lägre avstånd mellan kromoforerna. "I huvudsak skapade införandet av sju-ledade (efter överbryggande) ringar till DSB-kärnan en måttlig förvrängning och steriskt hinder i π-planet för DSB, vilket gjorde det möjligt för oss att kontrollera det molekylära arrangemanget utan att öka kristalldensiteten", säger Associate . Prof. Konishi.

Teamet undersökte vidare de fotofysiska egenskaperna hos DBDB[7]s och upptäckte att liten storlek på bryggmolekylerna som användes i denna studie hjälpte till monomer emission i fast tillstånd. De såg också att DBDB[7]s var ultraljus med högt kvantutbyte och avgav liknande färger i både oaggregerad utspädd lösning och i fast tillstånd.

"Den överbryggade DSB-kristallstrukturen som beskrivs i vår studie ger tillgång till nya kristallina system", avslutar docent Konishi. "Vår strategi har långtgående konsekvenser för hur vi närmar oss designen av fotofunktionella molekylära kristaller." + Utforska vidare

Justerbar emissiv organisk plattform