Estruturas orgânicas covalentes demonstram potencial considerável para transporte eficiente de energia

Uma equipe de pesquisa interdisciplinar da LMU, da Universidade Técnica de Munique (TUM) e da Universidade de Oxford empregou novas técnicas espectroscópicas para investigar a difusão de estados excitados em estruturas orgânicas covalentes (COFs).

Esses materiais modulares podem ser adaptados às propriedades desejadas através da seleção direcionada de seus componentes, oferecendo uma ampla gama de aplicações. O estudo revelou quão eficientemente a energia pode ser transportada nestes materiais semicondutores cristalinos – um avanço decisivo para futuras aplicações optoeletrônicas, como sistemas fotovoltaicos sustentáveis ​​e diodos emissores de luz orgânicos (OLED).

No centro do estudo, publicado no Jornal da Sociedade Química Americanasão COF filmes finos de materials altamente cristalino e poroso. Através do uso de técnicas espaçotemporais de última geração, como microscopia de fotoluminescência e espectroscopia de terahertz, em conjunto com simulações teóricas, a equipe revelou coeficientes de difusão notavelmente altos e comprimentos de difusão de várias centenas de nanômetros.

“Como tal, estes filmes finos excedem significativamente as capacidades conhecidas de transporte de energia de materiais orgânicos semelhantes, “diz Laura Spies, doutoranda na Cátedra de Físico-Química e Nanomateriais Funcionais da LMU e co-autora principal.

“O transporte de energia funciona excepcionalmente bem, mesmo através de defeitos estruturais como limites de grãos”, acrescenta o Dr. Alexander Biewald, ex-candidato ao doutorado no grupo de Físico-Química e Nanoóptica e segundo co-autor principal do estudo.

Novas perspectivas para o desenvolvimento de materiais orgânicos sustentáveis

As análises de temperatura produziram mais informações sobre os mecanismos subjacentes. “Os resultados indicam que estão em jogo processos de transporte coerentes e incoerentes”, explica o professor Frank Ortmann, coautor do estudo.

A coerência ocorre quando as ondas de movimento ocorrem de forma ordenada, sem perturbações em longas distâncias, permitindo uma transferência de energia rápida e com baixas perdas. Os processos incoerentes, por outro lado, são caracterizados por movimentos aleatórios e desordenados, que requerem ativação térmica e são frequentemente menos eficientes.

Esses insights contribuem significativamente para a nossa compreensão do transporte de energia nos COFs e mostram como o estrutura molecular e a organização no cristal pode afetar esses processos.

“Nosso trabalho destaca o quão very important é a cooperação interdisciplinar e internacional de pesquisadores com experiência em síntese, análise experimental e modelagem teórica – possibilitada pela conversão eletrônica – para o sucesso de tais estudos”, afirmam os autores correspondentes do estudo, Professor Achim Hartschuh e Professor Thomas Bein.

Os resultados abrem novas perspectivas para o desenvolvimento de materiais orgânicos sustentáveis ​​em fotocatálise e optoeletrônica, como a fotovoltaica.