Cuando se trata de diseñar materiales fluorescentes de estado sólido ultrabrillantes, los diseños de cristales en puente podrían ser la clave para permitir la emisión monomérica y acceder a nuevos sistemas cristalinos, revela un nuevo estudio. Un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Tokio preparó tintes fluorescentes ultrabrillantes utilizando distirilbencenos di-puenteados (DSB) con puentes de alquileno flexibles, utilizando un nuevo estudio de ingeniería de cristales. Los hallazgos tienen implicaciones importantes para el campo de los materiales fotofuncionales.

Los tintes orgánicos sólidos fluorescentes tienen una variedad de aplicaciones que van desde nanomateriales funcionales y pantallas de diodos orgánicos emisores de luz (OLED) hasta láseres y bioimagen. Estas moléculas tienen una excelente versatilidad, diseños moleculares adaptables y excelente procesabilidad. Mejorar las propiedades luminiscentes, las cristalinidades y los colores de emisión de estos tintes fluorescentes de estado sólido es un área clave de investigación en este campo, especialmente para el diseño de OLED avanzados. Sin embargo, los desarrollos con este fin están limitados por tres factores principales. Uno, la mayoría de los colorantes fluorescentes experimentan una disminución de la concentración (una reducción de la fluorescencia cuando la concentración de la molécula fluorescente supera un cierto nivel) en el estado sólido. Dos, la tendencia de las moléculas de tinte a agregarse en estado sólido y producir fluorescencia de diferentes colores debido a las interacciones electrónicas intermoleculares resultantes. Y tres, las estrategias de diseño de cristales que pueden garantizar la emisión monomérica (esencialmente, emisiones de una sola longitud de onda, es decir, color) están poco desarrolladas.

Para abordar esto, un equipo de investigación, dirigido por el profesor asociado Gen-ichi Konishi del Instituto de Tecnología de Tokio, desarrolló una nueva estrategia de diseño de cristales utilizando puentes moleculares flexibles. El estudio, publicado en Chemistry—A European Journal , describe la preparación de diestirilbencenos (DSB) monoméricos emisivos altamente fluorescentes con propiedades electrónicas controladas y luminiscencia. "Un enfoque típico para el diseño de cristales para tintes sólidos fluorescentes es la estrategia basada en obstáculos estéricos, donde manipulamos la mayor parte de una molécula para causar congestión alrededor de los átomos reactivos y suprimir las interacciones intermoleculares. Pero una desventaja frecuente de este enfoque es una mayor distancia entre los cromóforos (moléculas fluorescentes). Nuestra estrategia de diseño evita con éxito este efecto secundario", explica el profesor asociado Konishi.

En este estudio, el equipo de investigación preparó una estructura cristalina muy densa denominada DBDB[7]. Los DSB y DBDB[7] son ​​sistemas conjugados en π, lo que significa que estas moléculas orgánicas tienen enlaces simples (C-C) y enlaces dobles (C=C) alternos en sus estructuras. El equipo introdujo un grupo funcional orgánico llamado propileno como moléculas puente entre los anillos de seis miembros a cada lado de los dobles enlaces en la estructura DSB. Esta adición dio lugar a una nueva estructura cristalina compacta con interacciones intermoleculares suprimidas y distancias más bajas entre los cromóforos. "Esencialmente, la introducción de anillos de siete miembros (después del puente) en el núcleo de DSB creó una distorsión moderada y un obstáculo estérico en el plano π de DSB, lo que nos permitió controlar la disposición molecular sin aumentar la densidad del cristal", dice Associate. . Profesor Konishi.

El equipo siguió investigando las propiedades fotofísicas de los DBDB[7] y descubrió que el pequeño tamaño de las moléculas puente utilizadas en este estudio ayudaba a la emisión monomérica en estado sólido. También vieron que DBDB[7]s era ultrabrillante con alto rendimiento cuántico y emitía colores similares tanto en solución diluida no agregada como en estado sólido.

"La estructura cristalina DSB con puente descrita en nuestro estudio permite el acceso a nuevos sistemas cristalinos", concluye el profesor asociado Konishi. "Nuestra estrategia tiene implicaciones de gran alcance sobre cómo abordamos el diseño de cristales moleculares fotofuncionales". + Explora más

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