Elektrogenerierte Chemilumineszenzzellen (ECL), die sich durch ihre selbstemittierende Natur auszeichnen, haben aufgrund ihrer unkomplizierten Struktur und ihres unkomplizierten Herstellungsprozesses großes Interesse für zukünftige Displayanwendungen geweckt. Diese Zellen entstehen, indem eine lösungsbasierte Emissionsschicht zwischen zwei transparenten Elektroden angeordnet wird. Dennoch bleibt die Lumineszenzleistung von ECL-Zellen im Vergleich zu anderen selbstemittierenden Geräten wie Leuchtdioden (LED) und organischen LEDs unterdurchschnittlich und wird derzeit verbessert.
Im Gegensatz dazu werden Iridiumkomplexe aufgrund ihrer Fähigkeit, aus ihren angeregten Zuständen bei Raumtemperatur phosphoreszierende Emissionen zu erzeugen, häufig in effizienten organischen LEDs verwendet. Die Emissionsfarben können durch den Wechsel der Liganden leicht angepasst werden, und Forscher haben ihre Eigenschaften sowohl mit theoretischen als auch experimentellen Methoden untersucht.
In einer aktuellen Studie unter der Leitung von außerordentlichem Professor Takashi Kasahara und Nanami Ichinohe, einem Masterstudenten an der Hosei-Universität, an der auch Mitarbeiter der Universität Fukui und der National Cheng Kung University beteiligt waren, haben Forscher erfolgreich eine hochlumineszierende ECL-Zelle unter Verwendung eines Iridiumkomplexes entwickelt ein Vermittler. Diese Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Elektrochemie.
Laut Dr. Kasahara ist „ECL ein lichtemittierendes Phänomen, das durch eine Elektronentransferreaktion zwischen dem Radikalanion und dem Kation des lumineszierenden Materials induziert wird.“ Herkömmliche ECL-Lösungen wurden zwar typischerweise durch Auflösen bestimmter Mengen eines einzelnen lumineszierenden Materials in einem hergestellt Mithilfe eines organischen Lösungsmittels haben wir in dieser Studie eine Lösung hergestellt, die zwei lumineszierende Materialien enthielt.“
Die beiden in der Studie verwendeten Lumineszenzmaterialien waren ein gelb phosphoreszierender Iridiumkomplex (Ir(BT)2(acac)) und ein himmelblaues thermisch aktiviertes verzögert fluoreszierendes (TADF) Material mit der Bezeichnung 2CzPN, das als Redoxmediator diente. Für den Versuchsaufbau wurden drei Variationen von ECL-Lösungen erstellt und mithilfe von vom Forschungsteam entwickelten Mikrofluidikzellen bewertet. Zwei dieser Lösungen enthielten ausschließlich den Iridiumkomplex und den Mediator, während die dritte beide Komponenten enthielt.
Die mikrofluidische ECL-Zelle, die beide Komponenten enthielt, zeigte eine leuchtend gelbe ECL-Emission, die aus einer Elektronentransferreaktion zwischen dem Radikalkation von Ir(BT)2(acac) und dem Radikalanion von 2CzPN resultierte. Es wurde festgestellt, dass eine Spitzenleuchtdichte von über 100 cd m−2 und eine maximale Stromausbeute von 2,84 cd A−1 erreicht wurden.
Diese Werte stellen die höchsten Werte dar, die für ECL-Zellen auf Basis eines Iridiumkomplexes gemeldet wurden. Bemerkenswert ist, dass die Leuchtdichte dieser Zelle die der ECL-Zelle ohne 2CzPN um mehr als zwei Größenordnungen übertraf. Im Jahr 2023 verbesserten die Autoren durch den Einsatz des Mediators auch die Lumineszenzleistung der gelb fluoreszierenden ECL-Zelle. Dies führte die Autoren zu dem Schluss, dass das entwickelte ECL-System nicht nur für fluoreszierende Materialien, sondern auch für phosphoreszierende Materialien gilt.
„Wir gehen davon aus, dass dieses ECL-System, das den Redox-Mediator verwendet, von vielen Forschungsgruppen auf der ganzen Welt aktiv untersucht wird und zu zukünftigen (wahrscheinlich in mehreren Jahrzehnten) hochlumineszierenden und effizienten lösungsbasierten selbstemittierenden Displayanwendungen beitragen wird“, sagt er Dr. Kasahara.
Zusammenfassend ist es den Forschern gelungen, eine gelb phosphoreszierende ECL-Zelle zu entwickeln, die einen Iridiumkomplex und einen Redoxmediator enthält. Diese Zelle weist die höchste Leuchtdichte auf, die jemals für Zellen auf Iridiumkomplexbasis gemeldet wurde, und soll den Weg für die Entwicklung von ECL-basierten Displays der nächsten Generation ebnen.
Mehr Informationen:
Nanami ICHINOHE et al, Gelb phosphoreszierende elektrogenerierte Chemilumineszenzzelle basierend auf einem cyclometallierten Iridiumkomplex mit einem Redoxmediator, Elektrochemie (2024). DOI: 10.5796/electrochemistry.23-00147
Zur Verfügung gestellt von der Hosei-Universität