Complexos de cobre(I) com fluorescência atrasada termicamente ativada para aplicação em OLEDs

Abstract

Os diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs) são dispositivos relevantes para o desenvolvimento tecnológico atual, visto que possibilitam a construção de displays maleáveis, utilizando materiais abundantes e, possivelmente, com menor impacto ambiental. Atualmente, a fluorescência atrasada termicamente ativada (TADF) é uma das especificações de luminescência mais investigadas para a aplicação em OLEDs pois ela possibilita a obtenção de rendimento quântico teórico de 100% e um tempo de vida de emissão inferior ao da fosforescência. Complexos heterolépticos de cobre (I) com ligantes derivados de fosfina e de heterociclo nitrogenados são típicos emissores de TADF e, por também serem materiais de baixo custo, são interessantes para a construção de diodos orgânicos. Neste trabalho, foi feito o planejamento e descrição de uma série de complexos de Cu(I)inéditos, com ligantes derivados da fosfina e do heterociclo imidazol. As moléculas foram identificadas em suas propriedades químicas e estruturais. As estabilidades térmicas e eletroquímicas foram feridas por métodos termogravimétricos e de voltametria, respectivamente. As propriedades fotofísicas de compreensão, emitiram e rendimento quântico, em solução e pó, foram estudos com profundidade, e com o auxílio de medidas às baixas temperaturas e, adicionalmente, medidas resolvidas no tempo. Por fim, fizeram-se predições teóricas que permitiram correlações com os resultados obtidos experimentalmente. Os 5 complexos encontrados encontrados luminescência azul no estado sólido, relacionado a um processo de TADF. Os complexos com as cadeias alquílicas de butil e benzil causaram a maior separação HOMO-LUMO, mas os processos não-radiativos dessas porções das moléculas foram muito elevados, acarretando baixo rendimento quântico. Por outro lado, o ligante com cadeia metil rendeu o complexo com maior rendimento quântico a temperatura ambiente, além de curtos tempos de decaimento de fluorescência atrasada e fosforescência.

Abstract: Organic light-emitting diodes (OLEDs) are relevant devices for current technological development, as they enable the construction of flexible displays using abundant materials, and potentially with lower environmental impact. Currently, thermally activated delayed fluorescence (TADF) is one of the most investigated luminescence phenomena for application in OLEDs, as it allows for achieving a theoretical quantum yield of 100% and an emission lifetime shorter than that of phosphorescence. Copper(I) heteroleptic complexes with ligands derived from phosphine and nitrogen-containing heterocycles are typical TADF emitters, and due to their low-cost nature, they are of interest for organic diode construction. In this work, the design and synthesis of a series of novel Cu(I) complexes were carried out, using ligands derived from phosphine and the heterocycle imidazole. The molecules were characterized in terms of their chemical and structural properties. Thermal and electrochemical stabilities were assessed using thermogravimetric and voltammetric methods, respectively. The photophysical properties, including absorption, emission, and quantum yield, in both solution and powder forms, were extensively studied. Low-temperature measurements as well as time-resolved measurements were employed to deepen the analysis. Finally, theoretical predictions were made to correlate with the experimentally obtained results. All five complexes exhibited blue luminescence in the solid state, attributed to a TADF process. Complexes with the alkyl chains butyl and benzyl showed the highest HOMO-LUMO separation; however, non-radiative processes in these parts of the molecules were significant, leading to low quantum yield. Conversely, the ligand with a methyl chain yielded the complex with the highest quantum yield at room temperature, along with short decay times for delayed fluorescence and phosphorescence.