Luminogènes-AIE à base de ligands hydroxyamidines : synthèse, caractérisation et application comme pigments pour dispositifs

Les dispositifs OLED (organic light-emitting diode) sont capables de la transduction efficace de l’énergie électrique en lumière; par leur flexibilité, leur légèreté et leur très haute qualité de couleurs elles sont aussi d’intérêt pour l’affichage sophistiqué sur écran plat. Cependant, l'emploi de cette technologie se voit ralenti par le cout élevé des matériaux et des méthodes de fabrication utilisés. Le but de cette recherche est de trouver des pigments pour OLED moins dispendieux tout aussi efficaces qui pourraient en même temps faciliter les méthodes de fabrication des dispositifs. Dans ce projet, on a développé une nouvelle série des ligands benzamidine-N-oxyde (AMOX) bidentés de type N,O capables d’émission induite par agrégation moléculaire (AIE) lorsque complexés à un centre cationique. L’AIE permet aux molécules non-émissives en solution de devenir intensément luminescentes à l’état solide. Les matériaux luminogènes AIE représentent une catégorie de pigments d’intérêt pour les dispositifs OLED puisque ces derniers fonctionnent selon le principe d’émission à l’état solide. Les propriétés AIE sont déclenchées par la rigidité accrue du cœur O-N-C=N du ligand avec la formation des complexes. La chimie de coordination nous permet d’utiliser les ligands et les centres métalliques comme des blocs de construction pour obtenir des complexes AIE avec des caractéristiques structurelles et photo-physiques très intéressantes. On additionne à cela la facile modulation des facteurs électroniques et stériques des complexes à base des ligands AMOX par la modification structurelle des ligands avec l’ajout des substituants. Exploiter cette propriété permettrait de varier la couleur d’émission des pigments. Finalement, en utilisant des centres cationiques à partir d’éléments abondants et peu toxiques les coûts de production et l’impact environnementale peuvent être réduits ouvrant ainsi la porte à la commercialisation d’une technologie durable et rentable. OLEDs (organic light-emitting diode) are able to transduce electrical energy efficiently into light and because of their flexibility, lightness and high-quality colors, they can also be used in flat-screen display applications. However, the commercialization of this technology is slowed-down by the high cost of the materials and the complex methods that are used for the device fabrication. The purpose of this research is to find low-cost affordable dyes for OLEDs with good energy efficiency characteristics that can be integrated in the device by less complex fabrication methods. In this project, we developed a new series of N,O bidentate benzamidine N-oxide ligands for aggregation-induced emission characteristics (AIE) through complexation. AIE is the non-emissive molecules in solution that luminesce in the solid state. AIE luminigens are a new category of dyes for solid state emission in optoelectronic devices. AIE characteristics can be triggered by the coordination of cationic center, which rigidify the O-N-C=N backbone of the ligand. Coordination chemistry allows the use of ligands and metallic centers as element-blocks for the construction of AIE complexes that have interesting structural and photophysical properties. In addition to this, the tunability of electronic properties and sterics of the complexes with AMOX ligands can be easily obtained by modifying the ligand with the addition of substituents. This would allow to vary the emission color of the dyes. Finally, by using cationic centers from less toxic earth-abundant elements, the production-cost and the environmental impact of this technology can be reduced, thus, opening a door to the commercialization of a sustainable and cost-effective lighting technology.

Keyphrases: Chimie de coordination, Ligands, N,O-donneurs, Amidine N-oxyde, Benzamidine N-oxyde, Substituants, Isomérie, Interactions électrostatiques, Émission à l’état solide, Morphologie, Émission induite par agrégation moléculaire, AIE, CIEE, Mécanochromisme, Vapochromisme, Thermochromisme, OLED, Zinc, Aluminium, Bore, Ligands, Hydroxyamidine, AIE, AIEE, OLED, WOLED, Coordination chemistry, Boron, N,O ligands, Amidine N-oxide, Substituents, Isomerism, Electrostatic interactions, Solid state emission, Morphology, Aggregation-induced emission, Mechanochromism, Vapochromism, Thermochromism