Published February 16, 2022 | Version v1
Publication Open

Dynamic molecular conformational change leading to energy transfer in F8-5% BSP copolymer revealed by single-molecule spectroscopy

Creators

  • 1. Peking University
  • 2. Imperial College London
  • 3. Tokyo Institute of Technology
  • 4. King Abdullah University of Science and Technology

Description

Polyfluorene-based copolymers such as poly(9,9-dioctylfluorene)-alt-5% [bis-N,N'-(4-butylphenyl)-bis-N,N'-phenyl-1,4-phenylenediamine] (F8-5% BSP) are efficient blue-emitting polymers with various electronic phases: F8 blue-emitting glassy phase, F8 ordered more red-emitting β-phase, and F8/BSP charge transfer (CT) state. Polymer light-emitting device performance and color purity can be significantly improved by forming β-phase segments. However, the role of the β-phase on energy transfer (ET) among glassy F8, β-phase, and F8/BSP CT state is unclear. Herein, we identify dynamic molecular conformation-controlled ET from locally excited states to either the CT state or β-phase in light-emitting copolymers. By conducting single-molecule spectroscopy for single F8-5% BSP chains, we find inefficient intra-chain ET from glassy segments to the CT state, while efficient ET from the glassy to the β-phase. Spontaneous and reversible CT on-off emission is observed both in the presence and absence of the β-phase. The density functional theory calculations reveal the origin of the on-chain CT state and indicate this CT emission on-off switching behavior could be related to molecule torsional motion between BSP and F8 units. The population of the CT state by ET can be increased via through-space interaction between the F8 block and the BSP unit on a self-folded chain. Temperature-dependent single-molecule spectroscopy confirms such interaction showing a gradual increase in intensity of the CT emission with the temperature. Based on these observations, we propose the dynamic molecular motion-induced conformation change as the origin of the glassy-to-CT ET, and thermal energy may provide the activation for such a change to enhance the ET from glassy or β-phases to the CT state.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

البوليمرات المشتركة القائمة على البولي فلورين مثل بولي(9،9 -ثنائي أوكتيل فلورين) - alt -5 ٪ [bis - N،N'- (4 - butylphenyl) - bis - N،N '- phenyl -1،4 - phenylenediamine] (F8 -5 ٪ BSP) هي بوليمرات زرقاء فعالة ذات مراحل إلكترونية مختلفة: F8 المرحلة الزجاجية الزرقاء الباعثة للانبعاثات، F8 طلب المزيد من المرحلة β الباعثة للانبعاثات الحمراء، وحالة نقل شحن F8/BSP (CT). يمكن تحسين أداء الجهاز الباعث للضوء البوليمري ونقاء اللون بشكل كبير من خلال تشكيل أجزاء من الطور β. ومع ذلك، فإن دور المرحلة β في نقل الطاقة (ET) بين F8 الزجاجي، والمرحلة β، وحالة التصوير المقطعي المحوسب F8/BSP غير واضح. هنا، نحدد المخلوقات الفضائية التي يتم التحكم فيها بالتشكيل الجزيئي الديناميكي من الحالات المستثارة محليًا إلى حالة التصوير المقطعي المحوسب أو الطور β في البوليمرات المشتركة الباعثة للضوء. من خلال إجراء التحليل الطيفي لجزيء واحد لسلاسل BSP أحادية F8 -5 ٪، نجد أن المخلوقات الفضائية داخل السلسلة غير فعالة من الأجزاء الزجاجية إلى حالة التصوير المقطعي المحوسب، في حين أن المخلوقات الفضائية فعالة من الزجاج إلى الطور β. لوحظت انبعاثات التصوير المقطعي المحوسب التلقائية والقابلة للعكس في كل من وجود وغياب المرحلة بيتا. تكشف حسابات نظرية الكثافة الوظيفية عن أصل حالة التصوير المقطعي المحوسب على السلسلة وتشير إلى أن سلوك التشغيل والإيقاف لانبعاث التصوير المقطعي المحوسب يمكن أن يكون مرتبطًا بحركة التواء الجزيء بين وحدات BSP و F8. يمكن زيادة عدد سكان حالة التصوير المقطعي المحوسب بواسطة المخلوقات الفضائية عن طريق التفاعل عبر الفضاء بين كتلة F8 ووحدة BSP على سلسلة ذاتية الطي. يؤكد التحليل الطيفي أحادي الجزيء المعتمد على درجة الحرارة هذا التفاعل الذي يظهر زيادة تدريجية في شدة انبعاث الأشعة المقطعية مع درجة الحرارة. بناءً على هذه الملاحظات، نقترح تغيير التشكل الجزيئي الديناميكي المستحث بالحركة كأصل من الزجاج إلى التصوير المقطعي المحوسب، وقد توفر الطاقة الحرارية التنشيط لمثل هذا التغيير لتعزيز التصوير المقطعي المحوسب من الأطوار الزجاجية أو β إلى حالة التصوير المقطعي المحوسب.

Translated Description (French)

Les copolymères à base de polyfluorène tels que le poly(9,9-dioctylfluorène) -alt-5% [bis-N,N'-(4-butylphényl) -bis-N,N'-phényl-1,4-phénylènediamine] (F8-5% BSP) sont des polymères à émission bleue efficaces avec diverses phases électroniques : phase vitreuse à émission bleue F8, phase β à émission rouge F8 commandée et état de transfert de charge (CT) F8/BSP. Les performances et la pureté des couleurs des dispositifs électroluminescents polymères peuvent être considérablement améliorées en formant des segments de phase β. Cependant, le rôle de la phase β sur le transfert d'énergie (ET) entre l'état vitreux F8, la phase β et F8/BSP CT n'est pas clair. Ici, nous identifions l'ET contrôlé par la conformation moléculaire dynamique des états localement excités à l'état CT ou à la phase β dans les copolymères électroluminescents. En effectuant une spectroscopie à molécule unique pour des chaînes BSP F8-5% uniques, nous trouvons un ET intra-chaîne inefficace des segments vitreux à l'état CT, tandis qu'un ET efficace de la phase vitreuse à la phase β. Une émission ON-OFF CT spontanée et réversible est observée à la fois en présence et en absence de la phase β. Les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité révèlent l'origine de l'état CT sur la chaîne et indiquent que ce comportement de commutation marche-arrêt de l'émission CT pourrait être lié au mouvement de torsion de la molécule entre les unités BSP et F8. La population de l'état CT par ET peut être augmentée via une interaction à travers l'espace entre le bloc F8 et l'unité BSP sur une chaîne autopliée. La spectroscopie monomoléculaire dépendante de la température confirme une telle interaction montrant une augmentation progressive de l'intensité de l'émission CT avec la température. Sur la base de ces observations, nous proposons le changement de conformation induit par le mouvement moléculaire dynamique comme origine de l'ET vitreux à CT, et l'énergie thermique peut fournir l'activation d'un tel changement pour améliorer l'ET des phases vitreuses ou β à l'état CT.

Translated Description (Spanish)

Los copolímeros a base de polifluoreno tales como poli(9,9-dioctilfluoreno) -alt-5% [bis-N,N'-(4-butilfenil) -bis-N,N'-fenil-1,4-fenilendiamina] (F8-5% BSP) son polímeros emisores de azul eficientes con varias fases electrónicas: fase vítrea emisora de azul F8, F8 ordenó más fase β emisora de rojo y estado de transferencia de carga (CT) F8/BSP. El rendimiento del dispositivo emisor de luz de polímero y la pureza del color se pueden mejorar significativamente mediante la formación de segmentos de fase β. Sin embargo, el papel de la fase β en la transferencia de energía (ET) entre el estado vítreo F8, la fase β y F8/BSP CT no está claro. En este documento, identificamos el ET controlado por conformación molecular dinámica de los estados excitados localmente al estado CT o a la fase β en copolímeros emisores de luz. Al realizar espectroscopía de una sola molécula para cadenas únicas de BSP F8-5%, encontramos ET intra-cadena ineficiente desde segmentos vítreos hasta el estado CT, mientras que ET eficiente desde la fase vítrea hasta la fase β. Se observa emisión on-off de TC espontánea y reversible tanto en presencia como en ausencia de la fase β. Los cálculos de la teoría funcional de densidad revelan el origen del estado de TC en cadena e indican que este comportamiento de conmutación de encendido-apagado de la emisión de TC podría estar relacionado con el movimiento torsional de la molécula entre las unidades BSP y F8. La población del estado de TC por ET se puede aumentar a través de la interacción a través del espacio entre el bloque F8 y la unidad BSP en una cadena autoplegada. La espectroscopia de una sola molécula dependiente de la temperatura confirma dicha interacción mostrando un aumento gradual en la intensidad de la emisión de TC con la temperatura. Con base en estas observaciones, proponemos el cambio de conformación inducido por el movimiento molecular dinámico como el origen del ET vítreo a CT, y la energía térmica puede proporcionar la activación de dicho cambio para mejorar el ET de las fases vítreas o β al estado de CT.

Files

5.0080406.pdf

Files (93 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
93 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التغير التوافقي الجزيئي الديناميكي الذي يؤدي إلى نقل الطاقة في البوليمر المشترك F8 -5 ٪ BSP الذي كشف عنه التحليل الطيفي لجزيء واحد
Translated title (French)
Changement de conformation moléculaire dynamique conduisant à un transfert d'énergie dans le copolymère F8-5% BSP révélé par spectroscopie à molécule unique
Translated title (Spanish)
Cambio conformacional molecular dinámico que conduce a la transferencia de energía en el copolímero BSP F8-5% revelado por espectroscopía de molécula única

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4206189610
DOI
10.1063/5.0080406

Is supplement to
https://openalex.org/W4243459038 (Other)
https://openalex.org/W2899084033 (Other)
https://openalex.org/W2809409644 (Other)
https://openalex.org/W2325876975 (Other)
https://openalex.org/W2090105468 (Other)
https://openalex.org/W2075049856 (Other)
https://openalex.org/W2041546714 (Other)
https://openalex.org/W2003694349 (Other)
https://openalex.org/W1994096149 (Other)
https://openalex.org/W1967235708 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1790577722
  • https://openalex.org/W1968686010
  • https://openalex.org/W1972574704
  • https://openalex.org/W1993397862
  • https://openalex.org/W1996203394
  • https://openalex.org/W2013514565
  • https://openalex.org/W2014538710
  • https://openalex.org/W2019128845
  • https://openalex.org/W2037799721
  • https://openalex.org/W2057781581
  • https://openalex.org/W2075170421
  • https://openalex.org/W2087565984
  • https://openalex.org/W2113119878
  • https://openalex.org/W2141517543
  • https://openalex.org/W2590731338
  • https://openalex.org/W2597671614
  • https://openalex.org/W2773685682
  • https://openalex.org/W2792609827
  • https://openalex.org/W2794487202
  • https://openalex.org/W2912346647
  • https://openalex.org/W2914806474
  • https://openalex.org/W2922958275
  • https://openalex.org/W2945408711
  • https://openalex.org/W2968169762
  • https://openalex.org/W2979932176
  • https://openalex.org/W3014584590
  • https://openalex.org/W3014671515
  • https://openalex.org/W3094072232