Engineered Photophysical Properties via Rational Molecular Design

La conception moléculaire rationnelle constitue une stratégie puissante pour contrôler les propriétés photophysiques des matériaux à couche fermée et à couche ouverte. Ainsi, il est essentiel de comprendre la relation entre la structure et les propriétés pour concevoir des matériaux efficaces, stables et ajustables. Pour relever ce défi, deux stratégies de conception complémentaires ont donc été mises en œuvre. Dans la première stratégie, la modulation de l'empilement cristallin dans un système à couche fermée a été évaluée. À cet égard, deux polymorphes cristallins d'un fluorophore benzothiadiazole conjugué ont été obtenus par des voies de synthèse distinctes, révélant comment des changements subtils dans les motifs d'empilement dictent l'émission à l'état solide. Les différences dans les interactions C-H···N/S et π-π ont entraîné des variations dans le rendement quantique absolu de l'émission et la dynamique de l'état excité, démontrant que le polymorphisme peut être utilisé comme un outil de conception supramoléculaire pour ajuster la luminescence sans modification chimique. La deuxième stratégie consiste à lier de manière covalente des substituants donneurs d'électrons sur des radicaux à base de trityle afin d'améliorer la photostabilité et d'obtenir une émission dans le proche infrarouge. Ainsi, l'introduction de donneurs de carbazole et de triphénylamine a entraîné une augmentation de > 1 000 fois de la photostabilité et des transitions optiques décalées vers le rouge par rapport au radical trityle non substitué. Enfin, les radicaux trityle synthétisés ont été étudiés en tant que matériaux électrochromiques. En ce sens, leur comportement électrochromique réversible a produit une modulation de transmittance importante (< 80 %) et une efficacité de coloration dans la région NIR s'étendant de 425 à 590 cm2/C. De plus, un électrochromisme réversible a également été observé dans la région visible, ce qui en fait des matériaux électrochromiques ambipolaires, les positionnant comme des candidats prometteurs pour les écrans optiques et les fenêtres intelligentes. Dans l'ensemble, cette thèse établit des relations fondamentales entre la structure et les propriétés qui relient la conception moléculaire et l'organisation supramoléculaire à la fonction photophysique dans les matériaux à couche fermée et ouverte. Elle fournit également un cadre pour la conception de systèmes organiques avec une photostabilité, une émission et des performances électrochromiques sur mesure, contribuant ainsi à l'avancement de la science des matériaux.