Ein hocheffizientes Singulett-Lumineszenzdiradikal mit offener Schale und starken Magnetolumineszenzeigenschaften

Offenschalige Singulett-Diradikale (OS-Diradikale) sind wichtige Bausteine ​​für funktionelle molekulare Materialien. Zahlreiche bahnbrechende Arbeiten von Forschern treiben ihre Entwicklung und Anwendungen in verschiedenen Bereichen voran. Trotz dieser Fortschritte mangelt es weiterhin an Forschung zu lumineszierenden OS-Diradikalen, was deren potenziellen Einsatz in optoelektronischen Anwendungen behindert. Tatsächlich handelt es sich bei den lumineszierenden Diradikalen um seltene chemische Spezies, über die bisher nur wenige Berichte vorliegen.

Magnetfeldeffekte (MFE) auf die Lumineszenz, also die Magnetolumineszenz (ML) von Radikalen, sind vielversprechend für die Entwicklung neuartiger Methoden zur Manipulation des Exzitonenspins, die mit herkömmlichen lumineszierenden Molekülen mit geschlossener Schale nicht erreichbar sind.

Im Jahr 2018 berichteten Kusamoto und Mitarbeiter erstmals über MLs in organischen Radikal-Excimer-Spezies, was den Zugang zu diesem Gebiet öffnete. Die Entwicklung hochlumineszierender Diradikale und das Erreichen ihrer effizienten Einzelmolekül-ML-Eigenschaften bleibt jedoch weiterhin eine gewaltige Herausforderung.

In einem neuen Artikel veröffentlicht in Licht: Wissenschaft und AnwendungenProfessor Alim Abdurahman vom College of Electronic Science and Engineering der Universität Jilin, China, und Mitarbeiter haben ein Konzept zur Verbesserung der Lumineszenzeffizienz durch Anpassung der Donorkonjugation von OS-Diradikalen vorgeschlagen, um so ein hochlumineszierendes Diradikal, DR1, mit herausragender Leistung zu erzielen Stabilität und macht es zu einer praktikablen Option für den Einsatz in der emittierenden Schicht organischer Leuchtdioden (OLEDs).

Noch wichtiger ist, dass der mit 0,5 Gew.-% DR1 dotierte Film signifikante Einzelmolekül-Magnetolumineszenzeigenschaften (ML) aufweist. Bei einem Magnetfeld von 7 T wird ein riesiger ML-Wert von 210 % erreicht, was das große Potenzial von DR1 in magnetooptoelektronischen Geräten zeigt.

„Dem obigen theoretischen Rahmen folgend wählen wir Carbazol, eine milde Donoreinheit mit einer nichtalternierenden Molekülstruktur und mehreren aktiven Zentren, als Brückengruppe und Tris(2,4,6-trichlorphenyl)methyl (TTM) als Radikalzentrum.“ um vier Diradikale DR1–DR4 zu entwerfen. Die Berechnungsergebnisse zeigen, dass DR1 die effizienteste Elektron-Loch-Trennung und eine höhere Oszillatorstärke für die ersten angeregten Zustandsübergänge aufweist als die anderen drei Diradikale.“

„Wir berichten hier über ein hocheffizientes OS-lumineszierendes Diradikal DR1, das in vier Schritten aus kommerziell erhältlichen Reagenzien hergestellt wurde. Sowohl experimentelle als auch Berechnungsergebnisse legen nahe, dass DR1 ein OS im Grundzustand ist und der Triplettzustand aufgrund des eher kleinen Singuletts thermisch zugänglich ist.“ -Triplett-Energielücke. DR1 weist außerdem eine hohe Photolumineszenzeigenschaft und Photostabilität auf.

„Es ist interessant festzustellen, dass DR1 ziemlich starke ML-Eigenschaften aufweist. Die PL-Intensität des DR1-Einzelmoleküls (0,5 Gew.-%) nimmt mit der Erhöhung des Magnetfelds (von 0 auf 7 T) bei 2 K erheblich zu und erreicht einen Riesenwert.“ ML-Wert von 210 % bei 7 T. Im Gegensatz dazu zeigt das Monoradikal TTM-1Cz (0,5 Gew.-%) fast keinen ML-Effekt. Dies weist darauf hin, dass die Wechselwirkung zwischen zwei Elektronen innerhalb eines einzelnen DR1-Moleküls eine Schlüsselrolle spielt MLs.“