Un team di ricercatori dell'Università di Osaka ha prodotto un nuovo emettitore molecolare per diodi organici a emissione di luce (OLED). Utilizzando un design chimico razionale con blocchi di costruzione sintetici a forma di U, gli scienziati sono stati in grado di organizzare i donatori e gli accettori di elettroni in un grande anello chiamato "macrociclo". La molecola a forma di ruota potrebbe essere potenzialmente utilizzata non solo negli OLED ma anche in piccoli, sensori chimici ad alta efficienza energetica in futuro.

Molti televisori e smartphone moderni utilizzano gli OLED per visualizzare immagini e video. Questi dispositivi possono convertire efficacemente l'elettricità in luce perché sono costituiti da molecole a base di carbonio contenenti legami chimici alternati singoli e doppi, una disposizione chiamata p-coniugazione. Questa configurazione consente agli elettroni di diventare altamente mobili perché sono effettivamente "delocalizzati" su ampie regioni delle molecole, che tendono ad essere lunghe catene lineari. Quando una molecola viene eccitata elettronicamente da energia esterna e poi si rilassa allo stato originale, l'energia in eccesso può essere convertita direttamente in luce. Aggiungendo i giusti gruppi funzionali chimici alla molecola, tutta una serie di proprietà, come i colori di emissione e le efficienze di conversione energetica, può essere messo a punto.

Ora, un team di ricerca guidato dal professor Youhei Takeda dell'Università di Osaka ha progettato e sintetizzato un efficiente emettitore OLED macrociclico in cui le regioni donatore e accettore si alternano in una struttura ad anello permanentemente legata. Hanno scoperto che i dispositivi OLED fabbricati con il nuovo emettitore macrociclico mostrano efficienze molto migliori rispetto agli emettitori molecolari lineari (che agiscono come forme aperte dei macrocicli), a causa del fatto che i macrocicli possono raccogliere in modo più efficiente l'energia termica ambientale in un processo chiamato "fluorescenza ritardata attivata termicamente".

"Gli oligomeri e i polimeri coniugati con p lineare giocano già ruoli cruciali nella scienza dei materiali, ma abbiamo trovato che i macrocicli a forma di anello sono ancora migliori per molte applicazioni, " afferma il primo autore Saika Izumi. Il team è stato in grado di creare due diverse conformazioni, "sella" e "elicoidale", con differenti disposizioni di imballaggio e colori di emissione. Le cavità su scala nanometrica all'interno degli anelli possono essere progettate per interagire con le molecole bersaglio per creare sensori chimici efficienti e selettivi.

"I macrocicli possono essere organizzati in assemblaggi molecolari 2-D e 3-D altamente ordinati che sono molto più difficili da ottenere con analoghi lineari, " spiega l'autore senior Youhei Takeda.

Le possibili applicazioni future includono il rilevamento di sostanze chimiche, come molecole d'acqua o gas, basato sulla modulazione della luce emessa quando la sostanza bersaglio è presente all'interno della cavità.

L'articolo, "Macrociclo π-coniugato donatore-accettore-donatore-accettore fluorescente ritardato attivato termicamente per diodi emettitori di luce organici, " è stato pubblicato nel Giornale della Società Chimica Americana .