Figure 1. Modifications de l'émission lumineuse via la perturbation des sites de surface des parois dans les cadres organiques covalents (COF). En introduisant différents atomes ou petits groupes dans les sites de pores des COF liés à l'hydrazone, la structure électronique des molécules peut être stratégiquement modifiée. Par conséquent, les propriétés d'émission de lumière des COF peuvent être modifiées, leur permettant d'émettre dans l'une des trois couleurs primaires. Crédit :Zhongping Li et Yuki Nagao de JAIST
De nombreux chercheurs dans le domaine de la science des matériaux recherchent constamment des plates-formes nouvelles et polyvalentes pouvant être utilisées pour adapter les matériaux à leur utilisation prévue. Un exemple de ceci sont les cadres organiques covalents (COF), une classe émergente de polymères poreux cristallins avec un ensemble favorable de propriétés fondamentales, à savoir la cristallinité, stabilité, et la porosité. Cette combinaison les rend, en théorie, ajustable à de nombreuses applications modernes. Malheureusement, en raison de la façon dont les COF sont généralement obtenus, ces propriétés ne sont pas très prononcées, résultant en instable, solides à faible cristallinité et à porosité limitée.
Au Japan Advanced Institute of Science and Technology, Dr Zhongping Li, Professeur agrégé Yuki Nagao, et collègues tentent de mettre un terme à ce problème et de mettre en valeur le véritable potentiel des COF. Dans leur dernière étude, qui a été publié dans Angewandte Chemie Édition Internationale comme un document très important, Dr Nagao, Professeur Donglin Jiang à l'Université nationale de Singapour, et son équipe ont conçu une nouvelle stratégie pour régler facilement les propriétés d'émission de lumière des COF liés à l'hydrazone pour produire du rouge, vert, ou la lumière bleue (RVB) en utilisant un seul matériau. Ce travail est le résultat de nombreux efforts de nombreux chercheurs dont le premier auteur Zhongping Li, Keyu Geng, Ting He, Ke Tian Tan, Ning Huang, Qiuhong Jiang, et Donglin Jiang à l'Université nationale de Singapour.
Les chercheurs avaient exploré un nouveau concept qui consiste à introduire des atomes ou de petits groupes moléculaires dans les parois des pores des COF. Bien que les changements de composition soient relativement mineurs, l'introduction ordonnée de ces groupes dans les sites de surface provoque des effets drastiques dans la structure électronique de la molécule entière, altérer certaines de ses propriétés physico-chimiques. Sans vraiment s'y attendre, les chercheurs ont découvert que les petites perturbations introduites dans des sites à surface unique modifiaient considérablement les caractéristiques d'émission de lumière des COF liés à l'hydrazone.
Figure 2. Modification des propriétés d'émission de lumière des COF via des perturbations de surface. Le spectre d'émission fluorescente des COF peut être adapté avec précision en sélectionnant simplement un atome ou un groupe moléculaire approprié à introduire en tant que perturbation de surface. Cela fournit l'un des rares cadres dans lesquels un seul type de matériau peut être réglé pour émettre de la lumière en couleurs sur tout le spectre visible. Crédit :Zhongping Li et Yuki Nagao de JAIST
Plus précisement, en introduisant de l'hydrogène, chlore, méthoxy, méthyle, ou des sites de surface hydroxy sur les parois des pores des COF (voir Figure 1), l'équipe a produit des composés qui pourraient être affinés pour émettre de la lumière à diverses fréquences distinctes dans le spectre RVB. Étonnamment, ces COF sont parmi les rares cadres matériels connus qui peuvent être facilement adaptés pour émettre l'une des trois couleurs primaires, et même des couleurs intermédiaires (voir Figure 2). Cela contraste fortement avec la plupart des technologies RVB disponibles, qui nécessitent des matériaux différents pour produire les trois couleurs primaires. « Grâce aux caractéristiques intéressantes que nous avons observées, Les matériaux à base de COF offrent une solution aux problèmes de faible accordabilité rencontrés dans les matériaux électroluminescents organiques/polymères, " remarque le Dr Li. " En introduisant des perturbations avec de multiples sites de surface de paroi, nos cadres peuvent être utilisés pour modifier l'émission de lumière des matériaux afin d'obtenir n'importe quelle couleur de manière pré-conçue et numérique."
Surtout, en plus de ces propriétés utiles d'accordabilité des couleurs, les COF synthétisés étaient également là-haut en termes de luminescence, stabilité, et la sensibilité aux molécules invitées. Cette combinaison de caractéristiques rend le cadre proposé particulièrement attrayant pour les implémentations d'émission et de détection de lumière utilisant des matériaux organiques et polymères, ainsi que pour d'autres types d'applications, comme l'explique le Dr Li :« Notre stratégie de perturbation consistant à introduire des atomes uniques ou de petits groupes pour induire des effets électroniques est compatible avec une fonctionnalisation ultérieure et devrait être largement applicable à d'autres types de COF. »
Il est possible que les dispositifs stratégiques de cette étude façonnent un nouveau régime dans les matériaux organiques électroluminescents, qui sera utile pour les applications hautement sophistiquées et les appareils de la vie quotidienne. Un raffinement plus poussé de méthodes similaires nous permettra d'exploiter véritablement la puissance que même petite, pourtant des changements rationnels peuvent avoir dans le comportement macroscopique de certains matériaux.
