Een team met onderzoekers van de Universiteit van Osaka heeft een nieuwe moleculaire emitter voor organische lichtemitterende diodes (OLED's) geproduceerd. Gebruik makend van rationeel chemisch ontwerp met U-vormige synthetische bouwstenen, de wetenschappers waren in staat om de elektronendonoren en -acceptoren te rangschikken in een grote ring die een 'macrocyclus' wordt genoemd. Het wielvormige molecuul zou mogelijk niet alleen in OLED's kunnen worden gebruikt, maar ook in kleine, energiezuinige chemische sensoren in de toekomst.

Veel moderne televisies en smartphones gebruiken OLED's om foto's en video's weer te geven. Deze apparaten kunnen elektriciteit efficiënt omzetten in licht omdat ze zijn gemaakt van op koolstof gebaseerde moleculen die afwisselend enkele en dubbele chemische bindingen bevatten. een arrangement genaamd p-conjugatie. Door deze configuratie kunnen elektronen zeer mobiel worden omdat ze effectief worden "gedelokaliseerd" over grote delen van de moleculen, die meestal lange lineaire ketens zijn. Wanneer een molecuul elektronisch wordt geëxciteerd door externe energie en vervolgens ontspant naar de oorspronkelijke staat, de overtollige energie kan direct worden omgezet in licht. Door de juiste chemische functionele groepen aan het molecuul toe te voegen, een hele reeks eigenschappen, zoals emissiekleuren en energieconversie-efficiënties, verfijnd kan worden.

Nutsvoorzieningen, een onderzoeksteam onder leiding van professor Youhei Takeda van de universiteit van Osaka heeft een efficiënte macrocyclische OLED-straler ontworpen en gesynthetiseerd waarin donor- en acceptorregio's elkaar afwisselen in een permanent gebonden ringstructuur. Ze ontdekten dat OLED-apparaten die zijn vervaardigd met de nieuwe macrocyclische emitter veel betere efficiëntie vertonen in vergelijking met lineaire moleculaire emitters (die werken als open vormen van de macrocycli), vanwege het feit dat de macrocycli efficiënter omgevingswarmte-energie kunnen oogsten in een proces dat "thermisch geactiveerde vertraagde fluorescentie" wordt genoemd.

"Lineaire p-geconjugeerde oligomeren en polymeren spelen al een cruciale rol in de materiaalwetenschap, maar we vonden ringvormige macrocycli nog beter voor veel toepassingen, " zegt eerste auteur Saika Izumi. Het team was in staat om twee verschillende conformaties te creëren, "zadel" en "spiraalvormig", met verschillende verpakkingsarrangementen en emissiekleuren. De holtes op nanoschaal in de ringen kunnen worden ontworpen om te interageren met doelmoleculen om efficiënte en selectieve chemische sensoren te creëren.

"Macrocycli kunnen worden gerangschikt in zeer geordende 2-D- en 3-D-moleculaire assemblages die veel moeilijker te bereiken zijn met lineaire analogen, " legt senior auteur Youhei Takeda uit.

Mogelijke toekomstige toepassingen zijn onder meer de detectie van chemische stoffen, zoals watermoleculen of gassen, gebaseerd op de modulatie van het uitgestraalde licht wanneer de doelstof in de holte aanwezig is.

Het artikel, "Thermisch geactiveerde vertraagde fluorescerende donor-acceptor-donor-acceptor π-geconjugeerde macrocyclus voor organische lichtemitterende diodes, " werd gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .