Neue organische thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz(TADF)-Farbstoffe als elektrochemilumineszente (ECL) Emitter in Lösung und in fester Phase

• Antragsteller: Dr. Fabio Rizzo
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464509280

Elektrochemilumineszenz (ECL) ist die elektrochemische Aktivierung geeigneter Moleküle oder Ionen, um bei ausreichend exergonischen Elektronentransferreaktionen Spezies (Emitter) im angeregten Zustand zu erzeugen, die Lumineszenz verursachen. Seit ihrer frühen Entwicklung fand ECL aufgrund des geringen Hintergrundsignals und der Proportionalität der Lichtintensität zur Konzentration der emittierenden Spezies besondere Verwendung als analytisches Werkzeug.Es besteht ein zunehmender Bedarf für die Synthese, Charakterisierung und Anwendung neuer effizienter ECL-Materialien, wie beispielsweise organische Farbstoffe, Metallkomplexe und Nanopartikeln, die bei anderen Wellenlängen emittieren können als die typischen für Rutheniumkomplexe, welche die am häufigsten verwendeten ECL-Emitter sind.Eine vielversprechende Alternative hierfür stellen organisch-basierte Farbstoffe dar, insbesondere aufgrund ihrer chemischen Vielseitigkeit und die daraus resultierende Möglichkeit, elektronische und photophysikalische Eigenschaften präzise zu modulieren. Die ECL-Emission wird von einer angeregten Spezies R* hervorgerufen, die durch Ion-Ion-Annihilation von elektrochemisch erzeugten Radikalanionen und -kationen erzeugt wird. Nach Spinstatistik ergibt sich ein Verhältnis von 1:3 für die niedrigsten angeregten Singulet(S1)- und Triplett(T1)-Zustände von R*, die durch Ion-Ion-Annihilation gebildet werden, was eine maximale ECL-Effizienz von 25% für fluoreszierende Moleküle bedeutet.Die Limitierung der Effizienz kann durch „spin up-conversion“, die durch thermische Aktivierung durch „Reverse Intersystem Crossing“ (RISC)-Prozesse induziert wird, überwunden werden. Da die Geschwindigkeitskonstante von RISC kleiner ist als die für den Strahlungsübergang S1-S0, kann eine verzögerte Fluoreszenz beobachtet werden. Effiziente thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz (TADF) kann auftreten, wenn die Lücke S1-T1 ausreichend klein ist. Viele organische TADF-Moleküle, die aus Elektronendonor- und -akzeptorgruppen mit kleiner Lücke bestehen, wurden in den letzten Jahren für den Einsatz in OLED entwickelt. Die Verwendung von TADF für ECL-Zwecke ist jedoch immer noch sehr selten mit nur drei Veröffentlichungen zu diesem Thema.Das Ziel dieses Projekt ist die Herstellung von innovativen organischen TADF-Molekülen als ECL-Emitter. Neben der synthetischen Untersuchung in Hinblick auf verschiedene Donor-Akzeptor-Paare zur Abstimmung der Emissionseigenschaften wird die Korrelation zwischen Molekülrstruktur und TADF und ECL-Eigenschaften intensiv untersucht, um das Verständnis der Phänomene zu verbessern. Zusätzlich ist es geplant, die Eigenschaften dieser Verbindungen von Lösung in den festen Zustand durch den Aufbau von selbstorganisierten Monoschichten und dünnen Filmen zu übertragen. Die Kombination von TADF und ECL in fester Phase ist bisher völlig unerforscht und wird wichtige Merkmale für zukünftige Anwendungen in der Optoelektronik und als Analysewerkzeug bieten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen