Fig. 1 Explication schématique du matériau macrocyclique développé avec TADF actif. Crédit :Université d'Osaka
Une équipe comprenant des chercheurs de l'Université d'Osaka a produit un nouvel émetteur moléculaire pour les diodes électroluminescentes organiques (OLED). En utilisant une conception chimique rationnelle avec des blocs de construction synthétiques en forme de U, les scientifiques ont pu organiser les donneurs et les accepteurs d'électrons en un grand anneau appelé « macrocycle ». La molécule en forme de roue pourrait potentiellement être utilisée non seulement dans les OLED, mais aussi dans de minuscules, capteurs chimiques économes en énergie à l'avenir.
De nombreux téléviseurs et smartphones modernes utilisent des OLED pour afficher des images et des vidéos. Ces appareils peuvent convertir efficacement l'électricité en lumière car ils sont fabriqués à partir de molécules à base de carbone contenant des liaisons chimiques simples et doubles alternées, un arrangement appelé p-conjugaison. Cette configuration permet aux électrons de devenir très mobiles car ils sont effectivement "délocalisés" sur de grandes régions des molécules, qui ont tendance à être de longues chaînes linéaires. Lorsqu'une molécule est excitée électroniquement par l'énergie externe puis se détend à l'état d'origine, l'énergie excédentaire peut être convertie directement en lumière. En ajoutant les bons groupes fonctionnels chimiques à la molécule, toute une gamme de propriétés, telles que les couleurs d'émission et les rendements de conversion d'énergie, peut être affiné.
Maintenant, une équipe de recherche dirigée par le professeur Youhei Takeda de l'Université d'Osaka a conçu et synthétisé un émetteur OLED macrocyclique efficace dans lequel les régions donneuses et acceptrices alternent dans une structure annulaire liée en permanence. Ils ont découvert que les dispositifs OLED fabriqués avec le nouvel émetteur macrocyclique présentent une efficacité bien supérieure à celle des émetteurs moléculaires linéaires (qui agissent comme des formes ouvertes des macrocycles), en raison du fait que les macrocycles peuvent récolter plus efficacement l'énergie thermique ambiante dans un processus appelé "fluorescence retardée thermiquement activée".
Fig. 2 Structures des matériaux moléculaires TADF
"Les oligomères et polymères conjugués p linéaires jouent déjà un rôle crucial dans la science des matériaux, mais nous avons trouvé que les macrocycles en forme d'anneau étaient encore meilleurs pour de nombreuses applications, " dit le premier auteur Saika Izumi. L'équipe a pu créer deux conformations différentes, "selle" et "hélicoïdale", avec différentes dispositions d'emballage et couleurs d'émission. Les cavités nanométriques à l'intérieur des anneaux peuvent être conçues pour interagir avec des molécules cibles afin de créer des capteurs chimiques efficaces et sélectifs.
« Les macrocycles peuvent être organisés en assemblages moléculaires 2D et 3D hautement ordonnés qui sont beaucoup plus difficiles à réaliser avec des analogues linéaires, " explique l'auteur principal Youhei Takeda.
Les applications futures possibles incluent la détection de substances chimiques, comme les molécules d'eau ou les gaz, basé sur la modulation de la lumière émise lorsque la substance cible est présente à l'intérieur de la cavité.
L'article, "Macrocycle -conjugué donneur-accepteur-donneur-accepteur fluorescent activé thermiquement pour les diodes électroluminescentes organiques, " a été publié dans le Journal de l'American Chemical Society .
