Chemie und Prozesstechnik
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Organisationseinheit der BAM
Der kürzlich publizierte Chrom(III)-Komplex 13+([Cr(ddpd)2]3+) zeigt in wässriger Lösung unter Umgebungsbedingungen eine bemerkenswert starke Emission im nahen Infrarot-Bereich mit einer Emissionswellenlänge von 775 nm.
Geschicktes Ligandendesign verhindert strahlungslose Desaktivierungsprozesse wie Photosubstitution, Rück-Intersystem-Crossing und trigonale Verzerrungen und führt damit zu einer Phosphoreszenzlebensdauer im Bereich von Mikrosekunden.
In Abwesenheit von Energieakzeptoren wie molekularem Sauerstoff verbleibt nur Energietransfer zu hochenergetischen Oszillatoren der Liganden und Lösungsmittelmoleküle wie beispielsweise OH- und CH-Streckschwingungen als Desaktivierungspfad. Selektive Deuterierung der ddpd-Liganden und der Lösungsmittel l-sst die Effizienz dieser Oszillatoren bei der Desaktivierung angeregter Zustände erkennbar werden. Gezieltes Ausschalten dieser Relaxationspfade führt zu einer Quantenausbeute von 30% und einer Lebensdauer von 2.3 Millisekunden bei Raumtemperatur in Lösung – Rekordwerte für einen Komplex, der auf dem Element Chrom basiert. Diese fundamentalen Erkenntnisse ebnen den Weg für gezieltes Ligandendesign zur Synthese lumineszierender Komplexe mit gut verfügbaren Übergangsmetallen.
The recently reported luminescent chromium(III) complex 13+ ([Cr(ddpd)2]3+; ddpd=N,N’-dimethyl-N,N’-dipyridine-2-yl-pyridine-2,6-diamine) shows exceptionally strong near-IR emission at 775 nm in water under ambient conditions (F=11%) with a microsecond lifetime as the ligand design in 13+ effectively eliminates non-radiative decay pathways, such as photosubstitution, back-intersystem crossing, and trigonal twists. In the absence of energy acceptors, such as dioxygen, the remaining decay pathways are energy transfer to high energy solvent and ligand oscillators, namely OH and CH stretching vibrations. Selective deuteration of the solvents and the ddpd ligands probes the efficiency of these oscillators in the excited state deactivation. Addressing these energytransfer pathways in the first and second coordination sphere furnishes a record 30% quantum yield and a 2.3 millisecond lifetime for a metal complex with an earth-abundant metal ion in solution at room temperature. The combined fundamental insights will pave the way for selective design strategies in the field of luminescent complexes with earth-abundant metal ions.