Figura 1. Cambiamenti nell'emissione di luce attraverso la perturbazione dei siti superficiali della parete in strutture organiche covalenti (COF). Introducendo diversi atomi o piccoli gruppi nei siti dei pori dei COF legati all'idrazone, la struttura elettronica delle molecole può essere modificata strategicamente. Di conseguenza, le proprietà di emissione della luce dei COF possono essere modificate, permettendo loro di emettere in uno qualsiasi dei tre colori primari. Credito:Zhongping Li e Yuki Nagao di JAIST
Molti ricercatori nel campo della scienza dei materiali cercano costantemente piattaforme nuove e versatili che possono essere utilizzate per adattare i materiali all'uso previsto. Un esempio di ciò sono i quadri organici covalenti (COF), una classe emergente di polimeri cristallini porosi con un insieme favorevole di proprietà fondamentali, vale a dire la cristallinità, stabilità, e porosità. Questa combinazione li rende, in teoria, adattabile a molte applicazioni moderne. Sfortunatamente, a causa del modo in cui vengono solitamente ottenuti i COF, queste proprietà non sono molto pronunciate, risultando instabile, solidi a bassa cristallinità con porosità limitata.
Al Japan Advanced Institute of Science and Technology, Il dottor Zhongping Li, Professore Associato Yuki Nagao, e colleghi stanno cercando di porre fine a questo problema e mostrare il vero potenziale dei COF. Nel loro ultimo studio, che è stato pubblicato in Angewandte Chemie Edizione Internazionale come un documento molto importante, Dottor Nagao, Professor Donglin Jiang presso l'Università Nazionale di Singapore, e il suo team ha ideato una nuova strategia per sintonizzare facilmente le proprietà di emissione di luce dei COF legati all'idrazone per produrre rosso, verde, o luce blu (RGB) utilizzando un unico materiale. Questo lavoro è stato il risultato di numerosi sforzi di molti ricercatori tra cui il primo autore Zhongping Li, Keyu Geng, Ting lui, Ke Tian Tan, Ning Huang, Qiuhong Jiang, e Donglin Jiang presso l'Università Nazionale di Singapore.
I ricercatori stavano esplorando un nuovo concetto che prevede l'introduzione di atomi o piccoli gruppi molecolari nelle pareti dei pori dei COF. Sebbene i cambiamenti nella composizione siano relativamente minori, l'introduzione ordinata di questi gruppi nei siti superficiali provoca effetti drastici nella struttura elettronica dell'intera molecola, alterando alcune delle sue proprietà fisico-chimiche. Senza davvero aspettarselo, i ricercatori hanno scoperto che le piccole perturbazioni introdotte in siti a superficie singola hanno notevolmente modificato le caratteristiche di emissione di luce dei COF legati all'idrazone.
Figura 2. Modifica delle proprietà di emissione di luce dei COF tramite perturbazioni superficiali. Lo spettro di emissione fluorescente dei COF può essere personalizzato con precisione semplicemente selezionando un atomo o un gruppo molecolare appropriato da introdurre come perturbazione superficiale. Ciò fornisce una delle poche strutture in cui un singolo tipo di materiale può essere sintonizzato per emettere luce a colori su tutti gli spettri visibili. Credito:Zhongping Li e Yuki Nagao di JAIST
Più specificamente, introducendo idrogeno, cloro, metossi, metile, o siti superficiali idrossilici sulle pareti dei pori dei COF (vedi Figura 1), il team ha prodotto composti che potrebbero essere messi a punto per emettere luce a varie frequenze distinte all'interno dello spettro RGB. Sorprendentemente, questi COF sono tra le poche strutture materiali conosciute che possono essere facilmente adattate per emettere uno qualsiasi dei tre colori primari, e anche i colori intermedi (vedi Figura 2). Questo è in netto contrasto con la maggior parte delle tecnologie RGB disponibili, che richiedono materiali diversi per produrre i tre colori primari. "Grazie alle interessanti caratteristiche che abbiamo osservato, I materiali a base di COF offrono una soluzione ai problemi di bassa accordabilità riscontrati nei materiali organici/polimerici che emettono luce, " osserva il Dr. Li. "Introducendo perturbazioni con più siti di superficie della parete, le nostre strutture possono essere utilizzate per modificare l'emissione di luce dei materiali per ottenere qualsiasi dato colore in modo pre-progettabile e digitale."
È importante sottolineare che a parte queste utili proprietà di regolazione del colore, i COF sintetizzati erano anche lassù in termini di luminescenza, stabilità, e sensibilità alle molecole ospiti. Questa combinazione di caratteristiche rende il quadro proposto particolarmente attraente per le implementazioni di emissione di luce e rilevamento che utilizzano materiali organici e polimerici, così come per altri tipi di applicazioni, come spiega il Dr. Li:"La nostra strategia di perturbazione di introdurre singoli atomi o piccoli gruppi per indurre effetti elettronici è compatibile con un'ulteriore funzionalizzazione e dovrebbe essere ampiamente applicabile ad altri tipi di COF".
È possibile che i dispositivi strategici in questo studio daranno forma a un nuovo regime nei materiali organici che emettono luce, che sarà utile sia per applicazioni altamente sofisticate che per dispositivi della vita quotidiana. Un ulteriore perfezionamento di metodi simili ci consentirà di sfruttare veramente il potere che anche piccoli, tuttavia cambiamenti razionali possono avere nel comportamento macroscopico di certi materiali.
