Strategien für hocheffizient lumineszierende d10-Münzmetallverbindungen kompetitiv zu PtII- und IrIII-basierten Emittern

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Steffen
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 195201394

Unsere vorangegangenen Studien haben gezeigt, dass nicht-traditionelle Carbene, wie z.B. CAACs, als äußerst potente pi-Chromophorliganden genutzt werden können und zu sehr hohen Strahlungskonstanten k(r) führen. Dies ist eine Grundbedingung für hohe Quantenausbeuten und der Anwendung von Übergangsmetallverbindungen in OLEDs oder als NIR-Einzelphotonenquellen. Des Weiteren konnten wir zeigen, dass dispersive Wechselwirkungen zwischen d10-Metallzentren als auch zwischen Liganden einen vorteilhaften Effekt auf die Eigenschaften der angeregten Zustände haben können. Dennoch sind Struktur-Eigenschafts-Beziehungen noch nicht ausgearbeitet, obgleich wir erste Designkriterien festgehalten haben. Diese sind jedoch zwingend notwendig, um entsprechende d10-Münzmetallverbindungen mit derartigen Wechselwirkungen nutzen zu können. Dieses Projekt zielt auf a) Untersuchung außergewöhnlich starker pi-Akzeptorcarbene zur Erhöhung der Spin-Bahn-Kopplung (SOC), und b) einem tiefen Verständnis des Einflusses von Metall-Metall-Wechselwirkungen auf die photophysikalischen Eigenschaften der angeregten Zustände. Beides zu untersuchen ist geboten, um die Eigenschaften zu kontrollieren und Materialien gezielt für Anwendungen zu designen.In den meisten T1- und TADF-Emittern basierend auf d10-Münzmetallkomplexen sind sowohl die Absorption S0-S1 als auch die Emission T1-S0 dominiert von einem Überlappungs- und Symmetrie-verbotenen HOMO-LUMO-Übergang, da das HOMO M(d-sigma)- und das LUMO Ligand(pi*)-Charakter trägt. Da SOC nur zwischen Triplett- und Singulettzuständen operativ ist, die sich in genau einem M(d)-Orbital unterscheiden, wird die Phosphoreszenz nur durch die Kopplung des T1-Zustandes mit 1MLCT-Zuständen von hoher Oszillatorstärke Sn-S0 hervorgerufen, die in der Regel sehr hochenergetisch liegen, wodurch k(r) limitiert wird. Destabilisierung der M(d)-Orbitale von pi-Symmetrie in Bezug auf das Carben-zentrierte LUMO, oder Stabilisierung des M(d-sigma)-Orbitals kann die Energielücke entscheidend verringert werden zwischen T1 und den 1MLCT-Zuständen mit großem Übergangsdipolmoment zum Grundzustand S0, wodurch k(r) drastisch erhöht wird. Wir werden die Design-Kriterien für reine T1-Emitter im blauen, sowie für TADF-Emitter im roten und NIR-Bereich erarbeiten. Geeignete Kandidaten werden in Devices als auch als zeit-korrelierte Einzelphotonenquellen getestet.Metallophile Wechselwirkungen, die im Grundzustand vorgegeben werden können, erlauben beiden Metallatomen am angeregten Zustand teilzuhaben und damit die Strahlungskonstanten der T1-Emission als auch des TADF zu beeinflussen. Ebenso verändern intra- und intermolekulare pi-Stapelung der Chromophorliganden die photophysikalischen Eigenschaften eines gegebenen Systems. Wir zielen auf Erarbeitung und Nutzung dieser Konzepte in der Art, dass I) neuartige Emittermaterialien für Anwendungen und II) Stimulus-responsive photoaktive Materialien verfügbar werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen