Novel molecular materials for photo/electro conversion based on Palladium and Iridium organometallic complex

Abstract

Questo lavoro di ricerca è dedicato allo sviluppo di nuovi materiali molecolari basati su complessi ciclometallati di Pd(II) e di Ir(III) per la foto/elettro conversione. Negli ultimi quindici anni, al fine di ottenere dispositivi più flessibili, più leggeri e più facilmente processabili, sono stati studiati principalmente materiali a base organica. Tali materiali presentano però, proprio a causa della loro natura organica, molteplici svantaggi, tra i quali scarsa qualità delle interfacce formate, limitata stabilità chimico-fisica in fase di funzionamento del dispositivo, difficile trasporto di carica, scarso assorbimento nel visibile e basse efficienze di luminescenza. Al fine di migliorare le prestazioni finali dei dispositivi elettro-ottici, è stata introdotta una nuova classe di materiali che utilizza come specie attive i composti organometallici. Nell’ambito di questo lavoro di tesi, sono stati sintetizzati nuovi complessi organometallici di Pd(II) e Ir(III) e ne sono state studiate le proprietà chimico-fisiche alla base dello sviluppo di materiali efficienti per la foto/elettro conversione. La prima parte del lavoro di tesi ha riguardato la preparazione di complessi per la conversione dell’energia solare. In particolare sono stati sintetizzati e caratterizzati nuovi complessi fotoconduttori ciclopalladati di Rosso Nilo, contenenti basi di Schiff opportunamente funzionalizzate come leganti ancillari. Inizialmente si è scelto di utilizzare il colorante Rosso Nilo come legante ciclometallante per le sue ottime proprietà di assorbitore di luce visibile. Il suo utilizzo ha inoltre comportato, nei complessi ottenuti, anche la separazione fisica su scala molecolare degli orbitali di frontiera HOMO e LUMO. In particolare i due orbitali risultano essere prevalentemente localizzati su due diversi frammenti molecolari. Tale separazione induce un efficiente processo di fotogenerazione che è alla base delle ottime proprietà di fotoconduzione osservate per questa classe di composti in un ampio intervallo di lunghezze d’onda. Per finalizzare l’utilizzo di complessi ciclopalladati di Rosso Nilo a specifiche applicazioni optoelettroniche, sono stati introdotti opportuni gruppi funzionali sia sul legante ciclometallante che sul legante ancillare In particolare i nuovi gruppi funzionali hanno permesso di : i) indurre proprietà mesomorfiche caratterizzate da un ampio grado di ordine in un grande intervallo di temperature e di ottenere così una nuova classe di metallomesogeni fotoconduttori; ii) aumentare la solubilità dei complessi preparati rendendo possibile il loro utilizzo unitamente al PC61BM, nella costruzione di celle solari ad eterogiunzione dispersa; iii) preparare, tramite il processo di elettropolimerizzazione, film sottili fotoconduttori di elevata qualità su elettrodi modificati; iv) poter ancorare i complessi sintetizzati a substrati di TiO2 e costruire celle solari di tipo Dye Sensitized (DSSCs). La seconda parte del lavoro di tesi, ha invece riguardato, la sintesi e la caratterizzazione fotofisica ed elettrochimica di complessi di Ir(III) per lo sviluppo di dispositivi elettroluminescenti. Sebbene esista in letteratura un elevato numero di esempi di complessi cationici di Ir(III) solamente pochi complessi anionici di Ir(III) sono stati descritti finora. Inoltre, i pochi esempi riportati, contengono leganti ancillari monodentati che rendono tali complessi chimicamente instabili all’interno di dispositivi elettroluminescenti. Al fine di ampliare la classe di composti anionici di Ir(III) esistenti e di migliorane la stabilità chimica, sono stati sintetizzati nuovi complessi anionici aventi leganti ancillari bidentati di tipo catecolato e orotato. E’ stata inoltre preparata e caratterizzata una nuova serie di “soft salt” di Ir(III) contenenti i nuovi complessi anionici ottenuti accoppiati ad opportuni complessi cationici di Ir(III) già noti in letteratura. Sono stati infine preparati e caratterizzati nuovi complessi luminescenti neutri di Ir(III) elettropolimerizzabili. Utilizzando tali complessi sono stati anche ottenuti film sottili elettrogenerati di alta qualità.