Fotoluminiscentni molekuli, sposobni da apsorbuju i ponovo emituju svetlost, igraju važnu ulogu u razvoju tehnologija kao što su svetleće diode, senzori i displeji. Među njima, uređeni rasporedi π-elektronskih molekula kao što su kristali organoplatin(II) kompleksa, gde se jon platine(II) koordinira organskim ligandima u kvadratno-planarnom rasporedu, ističu se po svojoj primeni u energetski efikasnim fleksibilnim displejima.
Međutim, njihova luminiscencija u čvrstom stanju je kratkotrajna zbog interakcije između eksitona (vezanih parova elektron-rupa) susednih molekula. Da bi se rešio ovaj problem, glomazni strani molekuli se uvode u molekularnu strukturu da bi se sprečile ili minimizirale elektronske interakcije između molekula.
Koristeći ovu strategiju, istraživački tim na čelu sa profesorom Hiromitsuom Maedom sa Univerziteta Ritsumeikan, Japan, nedavno je poboljšao fosforescenciju u čvrstom stanju u višestrukim kompleksima organoplatine(II), povećavajući fosforescenciju do 75 puta.
„Prostorno i elektronski izolovani uređeni raspored emisionih π-elektronskih molekula je glavna tačka za pripremu emitivnih materijala u čvrstom stanju. Ovaj koncept se može koristiti u materijalima za organsku elektroniku, posebno u organskim diodama koje emituju svetlost za fleksibilne displeje“, objašnjava prof. Maeda.
U svojoj studiji objavljenoj u Chemical Science 5. decembra 2023., istraživački tim je sintetizovao dipirolildiketon Pt II komplekse koji se sastoje od četiri različita C^N liganda. Ovi molekuli pokazuju jaku fosforescenciju u rastvoru, ali pokazuju izuzetno slabu fosforescenciju u čvrstom stanju zbog samoasocijacije.
Da bi poboljšao njihov sjaj u čvrstom stanju, tim je uveo parove jona koji se sastoje od hloridnog anjona i tetraalkilamonijum kontrakationa: TPA + (tetrapropilamonijum), TBA + (tetrabutilamonijum) i TPeA + (tetrapentilamonijum). Ovo je rezultiralo sklopovima za uparivanje jona koji se sastoje od kompleksa Pt II koji vezuju hloridne jone i kontrakationa.
Hloridni joni se vezuju za kompleks Pt II preko vodoničnih veza, dok katjoni formiraju slojeve između π-elektronskih molekula. Rendgenska analiza je potvrdila krutu strukturu kompleksa, gde su kompleksi Pt II razdvojeni katjonima u aranžmanima naelektrisanje po naelektrisanje.
Izolujući π-elektronske molekule jedan od drugog, istraživači su poboljšali luminescentna svojstva kompleksa organoplatine(II) u čvrstom stanju. U poređenju sa prvobitnim stanjima bez anjona u kojima kompleks nije vezan za jon hlorida, relativni intenzitet fosforescencije u Cl −-vezujućim Pt II kompleksima sa katjonima pokazao je poboljšanja u rasponu od 1% do 7,5%, što predstavlja povećanje od 75 puta u odnosu na originalni molekul.
Luminiscencija takođe traje znatno duže, sa određenim sklopovima za uparivanje jona koji postižu životni vek emisije skoro 200 puta duži od monomernog kompleksa Pt II. Teorijske studije korišćenjem DFT proračuna otkrile su da struktura pakovanja naelektrisanje po naelektrisanje sprečava delokalizaciju talasne funkcije elektrona preko Pt II kompleksa.
„Koliko nam je poznato, takvo povećanje fosforescencije na sobnoj temperaturi vezivanjem anjona i sklapanjem jonskog uparivanja do sada nije demonstrirano,“ primećuje prof. Maeda.
Takva strategija se može koristiti za dizajniranje emitivnih materijala i poboljšanje fosforescencije čvrstog materijala za nove primene.
„Hemija sklapanja jonskog uparivanja naelektrisanih π-elektronskih molekula je nova tema u oblasti istraživanja supramolekularne hemije. Razumevanje interakcija između naelektrisanih vrsta i formiranja sklopljenih struktura kroz istraživanje će uticati na dalji dizajn i proizvodnju funkcionalnih sklopovi za jonsko uparivanje kao što su efikasni električni provodni materijali, feroelektrični materijali i hiralni transfer u jonskom paru i sklopovi za uparivanje jona koji pokazuju fascinantna optička svojstva“, zaključuje prof. Maeda.
