Молекулярный комплекс-карусель сделает OLED-экраны в два раза ярче

Молекулярный комплекс-карусель сделает OLED-экраны в два раза ярче

Химик РУДН синтезировал люминесцентные соединения с молекулами-«каруселями», которые можно использовать для создания экономичных дисплеев на органических светодиодах (OLED). Ядро этих молекул представляет собой треугольник из атомов серебра или меди, а органические элементы связаны с ним через атомы фосфора и способны вращаться вокруг них. Такая молекулярная геометрия позволила вдвое увеличить квантовый выход люминесценции до 41 процента. У современных OLED-экранов этот показатель составляет 20 процентов. Работа опубликована в Inorganic Chemistry.

От других современных типов дисплеев – плазменных и жидкокристаллических – экраны на органических светодиодах отличаются более высокой яркостью, контрастностью и более низким энергопотреблением. Однако OLED-дисплеи дороже, кроме того, сырье для их производства – проводящие полимеры – токсично, что создает сложности в производстве и утилизации.

Чтобы удешевить OLED-дисплеи и избавиться от токсичного сырья, можно использовать вместо полимеров люминесцентные комплексные соединения – молекулы, где небольшие органические фрагменты окружают центральный ион металла. Но до сих пор подобрать комплексы, которые показывали бы явное преимущество в яркости и экономичности перед полимерами, не удавалось. Достаточно эффективные соединения на основе иридия или платины были очень дорогими, а более дешевые комплексы с ионами переходных металлов — недостаточно эффективными.

Химик РУДН Александр Смольяков, сотрудник Научного центра «Кластер направленного синтеза природных соединений», обнаружил соединения, которое позволит сделать OLED-дисплеи значительно ярче и экономичнее полимерных. Центрами этих комплексов были не платина или иридий, а более дешевые медь и серебро, которые к тому же оказались более эффективными и менее токсичными по сравнению с полимерами.

Исследователь синтезировал молекулу, в центре которой находится не один, а сразу три иона одновалентных меди или серебра. Чтобы эта структура из трех ионов металла не распадалась, химик стабилизировал ее с помощью производных пиразола — ароматических молекул с двумя атомами азота в цикле, — а в качестве лигандов (то есть окружающих ион молекул-доноров электронов) использовал фосфорорганические молекулы. При этом ионы одновалентной меди и серебра формируют трехцентровое ядро в форме треугольника, а лиганды присоединяются к ядру через атомы фосфора и остаются при этом довольно подвижными.

При комнатной температуре энергии тепловых колебаний оказывается достаточно для разрушения связи между фосфором и металлом на короткое время. Однако количество атомов фосфора в молекуле два, а атомов металла – три, поэтому один из атомов металла всегда остается без пары и в случае появления свободного фосфора сразу же притягивает его к себе. То есть лиганд «перепрыгивает» к соседнему иону в трехцентровом ядре и образует связь, которая вскоре снова может разрушиться из-за тепловых колебаний. Молекула таким образом превращается в своеобразную молекулярную «карусель». Такая конфигурация делает устойчивыми как комплексы с ядрами из ионов серебра, так и с ядрами из одновалентной меди – соединения не распадаются сразу после синтеза, как многие другие структуры подобного типа.

Химики обнаружили, что подобная «карусельная» структура комплексных соединений приводит к возникновению двух энергетических состояний, переход между которыми может приводить к люминесценции. В случае меди эта структура обладает значительным квантовым выходом – то есть отношением количества поглощенных и испущенных фотонов – в 41 процент. Органические полимеры, которые сегодня используются в OLED-дисплеях, обеспечивают квантовый выход в два раза ниже: около 20 процентов.

Трехцентровые медные комплексы-«карусели» ученые называют перспективными для будущего OLED-технологии.

Статья в Inorganic Chemistry

Новости
Все новости
Наука
30 июля
Химик РУДН нашел способ сделать производство биотполива в 4-10 раз эффективнее с помощью кремниевой матрицы и гетерополикислот

Химик РУДН создал кремниевый молекулярный каркас для получения эфиров из отходов сельского хозяйства, древесной и бумажной промышленности. Он в 4-10 раз повышает эффективность получения эфиров, которые можно использовать как биотопливо. Это позволит снизить энергозатраты и сделает производство биотоплива дешевле. 

Наука
28 июля
Химики РУДН разработали новый путь синтеза веществ для фармацевтики

Химики РУДН предложили универсальный способ синтеза производных тиеноиндолизинов. Свойства этих веществ позволяют использовать их для создания антибактериальных и противораковых препаратов, а также в производстве новых материалов для оптоэлектроники.

Наука
26 июля
Химики РУДН разработали домино-реакцию для получения противоопухолевых препаратов

Химики РУДН предложили новую реакцию для получения сложных органических веществ в одном сосуде. Продукты синтеза оказались эффективными против клеток раковых опухолей, в том числе — устойчивых к известным препаратам.