Les molécules photoluminescentes, capables d'absorber et de réémettre de la lumière, jouent un rôle important dans le développement de technologies telles que les diodes électroluminescentes, les capteurs et les écrans. Parmi eux, les arrangements ordonnés de molécules électroniques π telles que les cristaux de complexes organoplatine (II), dans lesquels un ion platine (II) est coordonné par des ligands organiques dans un arrangement plan carré, se distinguent par leurs applications dans les écrans flexibles économes en énergie. .
Cependant, leur luminescence à l’état solide est de courte durée en raison de l’interaction entre les excitons (paires électron-trou liées) des molécules voisines. Pour résoudre ce problème, des molécules étrangères volumineuses sont introduites dans la structure moléculaire pour empêcher ou minimiser les interactions électroniques entre les molécules.
Grâce à cette stratégie, une équipe de recherche dirigée par le professeur Hiromitsu Maeda de l'Université Ritsumeikan, au Japon, a récemment amélioré la phosphorescence à l'état solide dans plusieurs complexes organoplatine(II), augmentant la phosphorescence jusqu'à 75 fois.
"L'arrangement ordonné spatialement et électroniquement isolé des molécules émissives de l'électronique π est un point principal pour la préparation de matériaux émissifs à l'état solide. Ce concept peut être utilisé dans les matériaux pour l'électronique organique, en particulier les diodes électroluminescentes organiques pour les écrans flexibles", explique Professeur Maeda.
Dans leur étude publiée dans Chemical Science le 5 décembre 2023, l'équipe de recherche a synthétisé la dipyrrolyldicétone Pt II complexes constitués de quatre ligands C^N différents. Ces molécules présentent une forte phosphorescence en solution mais présentent une phosphorescence extrêmement faible à l'état solide en raison de l'auto-association.
Pour améliorer leur luminosité à l'état solide, l'équipe a introduit des paires d'ions constituées d'un anion chlorure et de contre-cations tétraalkylammonium :TPA + (tétrapropylammonium), à déterminer + (tétrabutylammonium) et TPeA + (tétrapentylammonium). Cela a abouti à des assemblages d'appariement d'ions constitués de Pt II liant les ions chlorure. complexes et contre-cations.
Les ions chlorure se lient au Pt II complexe via des liaisons hydrogène, tandis que les cations forment des couches entre les molécules électroniques π. L'analyse aux rayons X a confirmé la structure rigide du complexe, où Pt II les complexes sont séparés par des cations selon des arrangements charge par charge.
En isolant les molécules électroniques π les unes des autres, les chercheurs ont amélioré les propriétés luminescentes des complexes organoplatine(II) à l’état solide. Par rapport aux états originaux sans anion où le complexe n'est pas lié à l'ion chlorure, l'intensité relative de la phosphorescence dans Cl − -liaison Pt II les complexes avec des cations ont montré des améliorations allant de 1 % à 7,5 %, soit une multiplication par 75 par rapport à la molécule d'origine.
La luminescence dure également beaucoup plus longtemps, certains assemblages d'appariement d'ions atteignant une durée de vie d'émission près de 200 fois plus longue que celle du Pt II monomère. complexe. Des études théoriques utilisant des calculs DFT ont révélé que la structure de compactage charge par charge empêche la délocalisation de la fonction d'onde électronique sur Pt II complexes.
"Au meilleur de nos connaissances, une telle amélioration de la phosphorescence à température ambiante par liaison d'anions et assemblage d'appariement d'ions n'a pas été démontrée jusqu'à présent", remarque le professeur Maeda.
Une telle stratégie peut être utilisée pour concevoir des matériaux émissifs et améliorer la phosphorescence des matériaux solides pour de nouvelles applications.
"La chimie de l'assemblage par appariement d'ions de molécules électroniques π chargées est un nouveau sujet dans un domaine de recherche en chimie supramoléculaire. Comprendre les interactions entre les espèces chargées et la formation de structures assemblées grâce à la recherche affectera la conception et la fabrication ultérieures de composants fonctionnels. des assemblages d'appariement d'ions tels que des matériaux conducteurs d'électricité efficaces, des matériaux ferroélectriques et un transfert chiral dans une paire d'ions, ainsi que des assemblages d'appariement d'ions présentant des propriétés optiques fascinantes", conclut le professeur Maeda.
Plus d'informations : Yohei Haketa et al, Phosphorescence améliorée à l'état solide des systèmes π organoplatiniques par assemblage d'appariement d'ions, Science chimique (2023). DOI :10.1039/D3SC04564A
Fourni par l'Université Ritsumeikan
