Lorsqu'il s'agit de concevoir des matériaux fluorescents à semi-conducteurs ultra-brillants, les conceptions de cristaux pontés pourraient être la clé pour permettre l'émission monomère et accéder à de nouveaux systèmes cristallins, révèle une nouvelle étude. Une équipe de recherche de l'Institut de technologie de Tokyo a préparé des colorants fluorescents ultra-brillants à l'aide de distyrylbenzènes di-pontés (DSB) avec des ponts alkylène flexibles, à l'aide d'une nouvelle étude d'ingénierie cristalline. Les résultats ont des implications importantes pour le domaine des matériaux photofonctionnels.

Les colorants organiques solides fluorescents ont un éventail d'applications allant des nanomatériaux fonctionnels et des écrans à diodes électroluminescentes organiques (OLED) aux lasers et à la bio-imagerie. Ces molécules ont une excellente polyvalence, des conceptions moléculaires adaptables et une excellente aptitude au traitement. L'amélioration des propriétés luminescentes, des cristallinités et des couleurs d'émission de ces colorants fluorescents à l'état solide est un domaine de recherche clé dans le domaine, en particulier pour la conception d'OLED avancées. Cependant, les développements à cette fin sont limités par trois facteurs majeurs. Premièrement, la plupart des colorants fluorescents subissent une extinction de concentration (une réduction de la fluorescence lorsque la concentration de la molécule fluorescente dépasse un certain niveau) à l'état solide. Deuxièmement, la tendance des molécules de colorant à s'agréger à l'état solide et à produire une fluorescence de différentes couleurs en raison des interactions électroniques intermoléculaires qui en résultent. Et troisièmement, les stratégies de conception de cristaux qui peuvent assurer l'émission monomère (essentiellement, les émissions d'une seule longueur d'onde, c'est-à-dire la couleur) sont sous-développées.

Pour résoudre ce problème, une équipe de recherche, dirigée par le professeur agrégé Gen-ichi Konishi de l'Institut de technologie de Tokyo, a développé une nouvelle stratégie de conception de cristaux utilisant des ponts moléculaires flexibles. L'étude, publiée dans Chemistry—A European Journal , décrit la préparation de distyrylbenzènes di-pontés émissifs monomères hautement fluorescents (DSB) avec des propriétés électroniques et une luminescence contrôlées. "Une approche typique de la conception de cristaux pour les colorants solides fluorescents est la stratégie basée sur l'encombrement stérique, où nous manipulons la masse d'une molécule pour provoquer une congestion autour des atomes réactifs et supprimer les interactions intermoléculaires. Mais un inconvénient fréquent de cette approche est une augmentation distance entre les chromophores (molécules fluorescentes). Notre stratégie de conception évite avec succès cet effet secondaire », explique le professeur associé Konishi.

Dans cette étude, l'équipe de recherche a préparé une structure cristalline très dense appelée DBDB[7]s. Les DSB et les DBDB[7] sont des systèmes π-conjugués, ce qui signifie que ces molécules organiques ont des liaisons simples alternées (C-C) et des doubles liaisons (C=C) dans leurs structures. L'équipe a introduit un groupe fonctionnel organique appelé propylène en tant que molécules de pont entre les anneaux à six chaînons de chaque côté des doubles liaisons dans la structure DSB. Cet ajout a donné naissance à une nouvelle structure cristalline compacte avec des interactions intermoléculaires supprimées et des distances plus faibles entre les chromophores. "Essentiellement, l'introduction d'anneaux à sept chaînons (après pontage) dans le noyau du DSB a créé une distorsion modérée et un encombrement stérique dans le plan π du DSB, ce qui nous a permis de contrôler l'arrangement moléculaire sans augmenter la densité cristalline", déclare Associate . Professeur Konishi.

L'équipe a en outre étudié les propriétés photophysiques des DBDB[7] et a découvert que la petite taille des molécules ponts utilisées dans cette étude favorisait l'émission monomère à l'état solide. Ils ont également constaté que les DBDB[7]s étaient ultrabrillants avec un rendement quantique élevé et émettaient des couleurs similaires à la fois en solution diluée non agrégée et à l'état solide.

"La structure cristalline DSB pontée décrite dans notre étude permet d'accéder à de nouveaux systèmes cristallins", conclut le professeur associé Konishi. "Notre stratégie a des implications considérables sur la façon dont nous abordons la conception de cristaux moléculaires photofonctionnels." + Explorer plus loin

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