Un andamio supramolecular tripodal de tripticeno desarrollado por investigadores del Instituto de Ciencia de Tokyo (Japón) podría conducir a avances significativos en el diseño de ensamblajes moleculares bidimensionales (2D). Los investigadores colocaron moléculas de pentaceno entre unidades de tripticeno, formando una estructura 2D alineada sobre una dimensión que mostró una alta eficiencia en la fisión singlete, un proceso que puede mejorar el rendimiento de las células solares.
La investigación se basa en la disposición innovadora de moléculas o átomos para desarrollar materiales con propiedades únicas que no se encuentran en los materiales convencionales. Los ensamblajes bidimensionales (2D) dispuestos en capas delgadas están adquiriendo cada vez más importancia, ya que su disposición única permite propiedades electrónicas y físicas específicas, lo que los hace ideales para aplicaciones en células solares. Sin embargo, la creación de estos ensamblajes supone un reto porque requiere diseños y técnicas especiales para cada tipo de molécula.
El estudio, publicado en la revista Science Advances, presenta un enfoque simplificado que utiliza andamios supramoleculares. Estos andamios sirven como plantillas moleculares, lo que permite el ensamblaje de varias moléculas en estructuras 2D sin requerir configuraciones personalizadas para cada componente. Los investigadores utilizaron tripticeno tripodal sustituido en 1,8,13 como andamio supramolecular.
Andamio supramolecular basado en tripticeno tripodal
El andamio supramolecular basado en tripticeno tripodal puede ensamblarse en un patrón hexagonal 2D que se puede apilar a lo largo de una dimensión, creando una estructura 2D + 1D. El espacio entre estas capas puede acomodar otras moléculas. En trabajos anteriores, el equipo ya incorporó moléculas esféricas de fulereno dentro de estas capas.
Ahora, han demostrado que este andamio también puede organizar cromóforos de aceno planares intercalando cromóforos de pentaceno y antraceno entre dos unidades de tripticeno, formando dos estructuras de autoensamblaje 2D distintas. Los investigadores seleccionaron los acenos debido a su potencial para la fisión singlete, un proceso que se espera que mejore la eficiencia de la célula solar al aumentar los portadores de carga.
En los ensamblajes basados en pentaceno, la superposición efectiva de cromóforos permitió que se produjera la fisión de singlete, con un alto rendimiento cuántico del 88% para generar un par de tripletes y del 130% para producir dos tripletes libres. Sin embargo, los ensamblajes basados en antraceno no exhibieron fisión de singlete, probablemente debido a un acoplamiento electrónico más débil entre los cromóforos. Dichos ensamblajes se pueden integrar en electrodos con forma de peine, lo que abre el camino para aplicaciones en células solares y otros dispositivos.