La dinámica del estado excitado es esencial para comprender las propiedades de fluorescencia de las moléculas, lo que afecta su aplicación en tecnologías. Una investigación reciente de la Universidad Shinshu explora cómo la estructura y la geometría molecular afectan la emisión de luz en las moléculas en su conjunto. Los estudios han demostrado que los cambios en la forma molecular afectan el comportamiento de las emisiones tanto en estado sólido como en solución. Estos conocimientos son fundamentales para el avance de aplicaciones como los diodos emisores de luz orgánicos y la bioimagen, lo que permite innovaciones en el diseño de materiales y la interacción energética.
La emisión de luz de las moléculas, en particular la fluorescencia, ha fascinado a los científicos durante más de un siglo, revolucionando campos como las tecnologías de imágenes, sensores y visualización. Los avances recientes han centrado la atención en la emisión inducida por agregación (AIE), un fenómeno único en el que las moléculas en estado sólido o agregado emiten luz de manera más eficiente. Por tanto, estudiar la cinética de la reacción bajo este fenómeno es importante para comprender los cambios estructurales moleculares.
Ahora, en un estudio reciente, investigadores de Japón exploraron complejos de difluoruro de dibenzoilmetanatoboro (BF₂DBM) sustituidos con α para explorar cómo la geometría molecular y la dinámica del estado excitado confinado afectan la AIE. “Hasta ahora, el fenómeno AIE sólo se ha explicado mediante cálculos químicos cuánticos teóricos. Sin embargo, en nuestro estudio explicamos este fenómeno por primera vez mediante dos espectroscopias”, dice el autor principal Yoshii Fujimoto, doctor en el Departamento de Química. estudiante de la Escuela de Graduados en Ciencia y Tecnología de la Universidad Shinshu, Japón. El estudio se realizó en colaboración con la Universidad de Osaka y la Universidad Aoyama Gakuin. Los hallazgos se publicaron el 17 de noviembre de 2024 en la revista Journal of the American Chemical Society, volumen 146, número 47.
AIE es un fenómeno interesante que desafía el comportamiento de enfriamiento tradicional observado en muchos materiales. La mayoría de las veces, las moléculas pierden su luminosidad al agregarse debido a efectos de extinción. Algunas moléculas que exhiben fenómenos AIE emiten luz en lugar de atenuarse en condiciones limitadas. Esto sucede porque, en forma sólida, las moléculas no pueden moverse libremente. Estas restricciones les ayudan a emitir luz en lugar de perder energía de otras formas. Este comportamiento se explica por el modelo de acceso restringido a intersección cónica (RACI), que describe cómo los cambios estructurales en una molécula pueden controlar la capacidad de emitir luz. Los investigadores demostraron este efecto en moléculas sintetizadas de derivados de BF₂DBM, concretamente 2aBF₂ y 2amBF₂, que eran derivados sustituidos con α-metilo. El profesor Hiroshi Miyasaka explica: “Analizamos los efectos AIE de las moléculas en sólidos y soluciones utilizando técnicas avanzadas como la espectroscopia UV-visible y de fluorescencia en estado estacionario y la espectroscopia visible e infrarroja de resolución temporal. espectroscopia para observar el comportamiento de la emisión de luz de una molécula con el tiempo.” , un reconocido investigador de la Universidad de Osaka.
La primera molécula, 2aBF₂, exhibe una fuerte fluorescencia tanto en solución como en estado sólido, mientras que la segunda molécula, 2amBF₂, exhibe una fluorescencia débil en solución pero una emisión más brillante en forma sólida. El coautor, el profesor Akira Sakamoto de la Universidad Aoyama Gakuin, explica: “La espectroscopia es una carta enviada desde moléculas. Aquí, la forma molecular jugó un papel importante, con 2amBF₂ adoptando una configuración doblada en solución, lo que provoca una pérdida de energía debido a la no radiación”. El proceso, que da como resultado una fluorescencia débil, obliga a la molécula a mantener una estructura estable que emite luz, en forma sólida. El estudio también muestra que se observaron cambios rápidos en un corto período de tiempo. En solución, las moléculas de 2amBF₂ cambian de forma en unas pocas billonésimas de segundo. Esta rápida transición a conformaciones dobladas facilita la pérdida de energía y la fluorescencia suprimida.
Estos hallazgos tienen implicaciones importantes para el desarrollo futuro de diodos emisores de luz orgánicos (OLED) y tecnologías de bioimagen. Como explica el coautor, el profesor Fuyuki Ito, “explorar la dinámica del estado excitado es fundamental para mejorar las propiedades de los materiales luminiscentes, lo que podría conducir a avances en las aplicaciones OLED y la bioimagen”. Estos conocimientos enfatizan cómo comprender el comportamiento molecular en estados excitados puede mejorar la eficiencia y eficacia de estas tecnologías avanzadas. Aprovechando la espectroscopia avanzada y herramientas computacionales, el trabajo arroja nueva luz sobre cómo las moléculas interactúan con la energía, profundizando nuestra comprensión de la fluorescencia y sus aplicaciones prácticas.
