Una colaboración de investigadores de las universidades de Kumamoto, Yamaguchi y Osaka en Japón ha descubierto un nuevo método para cambiar drásticamente el color y la fluorescencia de un compuesto en particular utilizando solo oxígeno O 2 e hidrógeno H 2 gases.La reacción totalmente reversible es respetuosa con el medio ambiente, ya que solo produce agua como subproducto.En lugar de utilizar energía eléctrica o fotoeléctrica, el descubrimiento utiliza energía de los propios gases, que se espera que se convierta en una tendencia futura, para cambiar el color y las propiedades de fluorescencia.La técnica podría usarse como sensor de detección de gases de hidrógeno u oxígeno, así como para controles de propiedad de semiconductores orgánicos y diodos emisores de luz orgánicos OLED.
Los compuestos poliaromáticos PAC se utilizan ampliamente en materiales fluorescentes, materiales semiconductores, dispositivos EL orgánicos y dispositivos de células solares orgánicas. La investigación realizada en la Universidad de Kumamoto se centró en el uso de energía de los gases para activar un interruptor molecular en un PAC. Enen particular, se centró en H 2 como reductor y O 2 como oxidante.
"Tratamos de determinar los compuestos más atractivos que podrían cambiar libre y dramáticamente las propiedades ópticas del PAC con una reacción redox", dijo el profesor asociado Hayato Ishikawa de la Universidad de Kumamoto. "Específicamente, introdujimos un resto de ortoquinona en el PAC queposeía las propiedades de conmutación más ideales bajo una reacción redox con gases de hidrógeno y oxígeno ".
Para determinar los candidatos con las mejores propiedades de conmutación, los investigadores seleccionaron varios compuestos aromáticos que contienen ortoquinona en un estudio computacional. Las moléculas ideales mostraron claramente un cambio entre emisión de fluorescencia y extinción, y entre un estado coloreado e incoloro.
La picene-13, 14-diona fue nominada como el candidato más prometedor del análisis computacional. Luego, los investigadores desarrollaron un protocolo original para sintetizar eficientemente el compuesto a partir de materias primas de petróleo disponibles comercialmente. Los pasos clave para la síntesis fueron el metal de transición-reacción de acoplamiento catalizada y la reacción de construcción de anillo por un organocatalizador. Esta metodología sintética también es aplicable a la síntesis de varios otros compuestos o derivados similares.
Se agregó un catalizador de nanopartículas de paladio a la piceno-13, 14-diona sintetizada y luego a la H 2 se burbujeó gas en la solución. Según lo predicho por el estudio computacional, se observó un cambio dramático en el color y la fluorescencia de la solución; su color y fluorescencia cambiaron de amarillo a incoloro y de no fluorescente a azul fluorescente respectivamente.la oxidación inversa posterior procedió sin problemas cuando H 2 el gas se cambió por O 2 gas, y la solución volvió a su estado original.
"Cuando realizamos un análisis detallado, se reveló que los cambios resultantes en el color y la fluorescencia fueron causados por dos estados moleculares diferentes. La predicción de estos estados, y nuestras ideas sobre este fenómeno, fueron fuertemente respaldadas por el análisis computacionaly los resultados experimentales ", dijo el profesor asociado Ishikawa." Esta tecnología de conmutación molecular de un compuesto aromático que utiliza un resto de ortoquinona es una nueva información que parece haber sido informada primero por nuestro equipo de investigación ".
Una ventaja importante de esta tecnología es que es ecológica ya que el subproducto de la reacción es simplemente agua. Además, los PAC sintéticos no experimentan mucho daño después de cada reacción, lo que significa que el interruptor molecular tiene una excelente reutilización.
"Hemos considerado una amplia gama de aplicaciones futuras para esta técnica molecular", dijo el profesor asociado Masaki Matsuda, un colaborador de investigación de la Universidad de Kumamoto. "Por ejemplo, podemos poner esta hoja molecular en un paquete de alimentos lleno de un inertegas para comprobar si el oxígeno, que favorece el deterioro de los alimentos, ha entrado en el paquete. Todo lo que se necesitaría es un simple control bajo una luz ultravioleta; el paquete ni siquiera tendría que abrirse. Los semiconductores orgánicos y los OLED también podrían beneficiarsede la capacidad de controlar las propiedades ópticas utilizando energía de los gases. Por ejemplo, los semiconductores orgánicos podrían modificarse sus propiedades eléctricas, y los OLED podrían mostrar características de encendido / apagado utilizando la energía del gas que se les suministra. Las aplicaciones deesta tecnología son numerosas ".
Los hallazgos de esta investigación se publicaron en el Edición internacional Angewandte Chemie , edición en línea, el 4 de mayo de 2016.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Kumamoto . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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