Le complexe europium Eu(III) avec antenne nanocarbone émettant une lumière rouge fine. Crédit :WPI-ICReDD, Université d'Hokkaido
Une antenne nanocarbone empilée fait briller un élément de terre rare 5 fois plus que les conceptions précédentes, avec des applications dans les dispositifs électroluminescents moléculaires.
Une conception moléculaire unique développée par les chercheurs de l'Université d'Hokkaido fait briller un complexe d'europium plus de cinq fois plus que la meilleure conception précédente lorsqu'il absorbe la lumière bleue à faible énergie. Les résultats ont été publiés dans la revue Chimie des communications , et pourrait conduire à des photosensibilisateurs plus efficaces avec une grande variété d'applications.
Les photosensibilisateurs sont des molécules qui s'excitent lorsqu'elles absorbent la lumière et transfèrent ensuite cette énergie excitée à une autre molécule. Ils sont utilisés dans les réactions photochimiques, systèmes de conversion d'énergie, et en thérapie photodynamique, qui utilise la lumière pour tuer certains types de cancer à un stade précoce.
La conception des photosensibilisateurs actuellement disponibles conduit souvent à des pertes d'énergie inévitables, et donc ils ne sont pas aussi efficaces dans l'absorption de la lumière et le transfert d'énergie que les scientifiques le souhaiteraient. Il nécessite également une lumière à haute énergie telle que les UV pour l'excitation.
Yuichi Kitagawa et Yasuchika Hasegawa de l'Institut pour la conception et la découverte de réactions chimiques de l'Université d'Hokkaido (WPI-ICReDD) ont travaillé avec des collègues au Japon pour améliorer la conception de photosensibilisateurs conventionnels.
Le complexe Eu(III) contenant la structure nanocarbonée empilée. La structure nanocarbone fonctionne comme une antenne pour récolter la lumière et transférer efficacement l'énergie à l'europium, qui émet alors une lumière rouge. (Kitagawa Y., Hasegawa Y., et al., Chimie des communications, 3 janvier 2020) Crédit :Kitagawa Y., Hasegawa Y., et al., Chimie des communications, 3 janvier 2020
Leur concept est basé sur l'extension de la durée de vie d'un état d'énergie moléculaire appelé état excité triplet et sur la réduction des écarts entre les niveaux d'énergie au sein de la molécule photosensibilisante. Cela conduirait à une utilisation plus efficace des photons et à une réduction des pertes d'énergie.
Les chercheurs ont conçu une "antenne" nanocarbone en coronène, un hydrocarbure aromatique polycyclique contenant six cycles benzéniques. Deux antennes en nanocarbone sont empilées l'une sur l'autre puis connectées de part et d'autre à l'europium, un métal de terre rare. Des connecteurs supplémentaires sont ajoutés pour renforcer les liens entre les antennes nanocarbone et l'europium. Lorsque les antennes nanocarbone absorbent la lumière, ils transfèrent cette énergie à l'europium, provoquant l'émission de lumière rouge par le complexe.
Les expériences ont montré la lumière complexe la mieux absorbée avec des longueurs d'onde de 450 nm. Lorsqu'une lumière LED bleue (diode électroluminescente) a été allumée sur le complexe, il brillait plus de cinq fois plus que le complexe de l'europium qui avait jusqu'à présent la plus forte émission signalée sous la lumière bleue. Les chercheurs ont également démontré que le complexe peut supporter des températures élevées supérieures à 300℃ grâce à sa structure rigide.
"Cette étude fournit des informations sur la conception des photosensibilisateurs et peut conduire à des matériaux photofonctionnels qui utilisent efficacement la lumière à faible énergie, " dit Yuichi Kitagawa de l'équipe de recherche. La nouvelle conception pourrait être appliquée à la fabrication de dispositifs électroluminescents moléculaires, entre autres applications, disent les chercheurs.
