Les ions sont créés lorsqu’un atome ou une molécule perd ou gagne des électrons, gagnant ainsi une charge. Lorsque deux ions chargés de manière opposée sont combinés, cela peut conduire à la création d’une paire d’ions. L’influence de différentes paires d’ions sur les propriétés physiques du matériau dans lequel elles sont présentes a été largement étudiée car elle peut conduire à la création de nouveaux matériaux électroniques fonctionnels.
L’étude des paires d’ions π-électroniques est particulièrement intéressante pour leur capacité à utiliser des interactions intermoléculaires pour produire des assemblages à dimension contrôlée. Ceux-ci sont utiles pour créer de nouveaux matériaux électroniques.
Ces interactions (appelées « jeπ−jeinteractions π ») provoquent l’empilement des ions en paires d’ions π-empilés (π-sips). Le contrôle de l’état électronique de ces π-sips peut créer des paires de radicaux π-empilés (π-srps). Les deux ont des propriétés intéressantes pour la création de matériaux électroniques, mais n’ont pas été beaucoup étudiés en raison des difficultés de préparation et de détermination de la structure.
Pour résoudre ce problème, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Hiromitsu Maeda de l’Université Ritsumeikan, au Japon, a synthétisé et étudié les π-sips et π-srps en utilisant des porphyrines chargées. Cette étude a ensuite été publiée dans le Journal de l’American Chemical Society.
Selon le professeur Maeda, « Les porphyrines chargées étudiées dans cette étude sont différentes et plus avantageuses que les dérivés de porphyrine avec un noyau électroniquement neutre et des substituants chargés périphériques. Nous avons constaté que les porphyrines avec des ions métalliques peuvent être utilisées pour la création de π-sips et π-srps et nous aident ainsi à étudier leur structure et leurs propriétés. »
Les chercheurs ont d’abord utilisé la théorie des acides et des bases durs et mous pour effectuer une métathèse de paires d’ions et synthétiser des paires d’ions porphyrines avec un rendement allant de 59 % à 85 %. Ceux-ci ont ensuite été caractérisés par spectrométrie et analyses aux rayons X sur monocristal. Les chercheurs ont découvert que les ions porphyrine formaient des assemblages à l’état solide et des π-gorgées dans les solutions. De plus, l’introduction de groupes donneurs d’électrons et attracteurs d’électrons a activé respectivement les anions et les cations.
Cette activation des cations et des anions conduit à la capacité de contrôler les états électroniques des π-sips et donc à la création de π-srps. La création de π-srps s’est produite par transfert d’électrons en raison de la polarité du solvant et de la photoexcitation. Les chercheurs ont également observé des changements de distribution de spin dépendant de la température dans π-srps. « Les interactions spin-spin sont influencées par la structure d’empilement des systèmes hétéro π-électroniques, qui sont caractéristiques des π-srps dérivés des π-sips », explique le professeur Maeda.
« Étudier les propriétés des paires d’ions en tant qu’espèces chimiques discrètes est crucial pour le développement de matériaux fonctionnels. Ces nouveaux matériaux auront de multiples applications différentes dans des domaines tels que le nanomagnétisme, les réactions catalytiques et les ferroélectriques, créant ainsi de nouveaux types de batteries et de dispositifs de mémoire. conclut-il.
Plus d’information:
Hiroki Tanaka et al, Paires d’ions empilés π : porphyrines chargées étroitement associées dans un arrangement ordonné permettant la formation de paires radicalaires, Journal de l’American Chemical Society (2022). DOI : 10.1021/jacs.2c09589
Fourni par l’Université Ritsumeikan