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Color-Purity narrow-band near-infrared (NIR) phosphors of [Ir(C^N)2(N^N)]-bis- heteroleptic and [Ir(C^N)(C’^N’)(N^N)]-tris-heteroleptic Ir(III)-complexes forward to high-performance (all)-solution-processed NIR-PLEDs

Este estudio demuestra que los complejos de Ir(III) tris-heterolépticos asimétricos, específicamente [Ir(dpbq)(iqbt)(ftrpz)], logran una pureza de color de emisión en el infrarrojo cercano superior y eficiencias cuánticas externas récord en NIR-PLEDs procesados mediante solución, al optimizar el compromiso entre la eficiencia, el pico de emisión y el ancho espectral.

Autores originales: Baowen Wang, Youquan Chen, Zhiming Zhang, Yu Chen, Xiaohui Yang, Sicheng Yao, Guorui Fu, Xingqiang Lü, Wai-Yeung Wong

Publicado 2026-08-12

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CC BY 4.0

Autores originales: Baowen Wang, Youquan Chen, Zhiming Zhang, Yu Chen, Xiaohui Yang, Sicheng Yao, Guorui Fu, Xingqiang Lü, Wai-Yeung Wong

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

Imagina un mundo donde la luz no solo tiene que ser brillante o colorida, sino que también puede ser invisible al ojo humano y, aun así, lo suficientemente poderosa como para ver en la oscuridad, sanar tejidos o transportar mensajes secretos. Este es el reino de la luz Infrarroja Cercana (NIR), una banda especial del espectro electromagnético que se sitúa justo más allá del extremo rojo de lo que nuestros ojos pueden ver. Los científicos han intentado durante mucho tiempo crear "bombillas" que brillen exclusivamente en esta zona invisible sin que se filtre ninguna luz roja o naranja visible, lo que arruinaría el efecto. El desafío es como intentar sintonizar una radio en una sola estación silenciosa en medio de una tormenta de estática; normalmente, cuando se empuja la luz para que sea de un rojo más profundo (infrarrojo), se vuelve más tenue y difusa, perdiendo su nitidez y eficiencia. Para resolver esto, los investigadores utilizan moléculas diminutas y complejas llamadas complejos de Iridio(III). Piensa en estas moléculas como fábricas microscópicas donde la electricidad se convierte en luz. El objetivo es diseñar estas fábricas para que solo produzcan esa luz infrarroja específica e invisible con alta eficiencia, y construir los dispositivos que las contienen utilizando métodos simples basados en líquidos (como pintar o imprimir), en lugar de costosa maquinaria de alto vacío.

En este estudio, un equipo de investigadores decidió rediseñar el plano de estas fábricas moleculares. Se alejaron del diseño estándar, que normalmente utiliza dos partes "principales" idénticas y una parte "ayudante", para pasar a un diseño "asimétrico" de tres partes más único. Crearon una nueva molécula, a la que llamaron Ir-2, mezclando tres tipos diferentes de ligandos (los bloques de construcción que sujetan el átomo de iridio). Una parte fue elegida para ser el "maestro del color", responsable de crear el brillo infrarrojo profundo, mientras que otra fue una parte "más fuerte" diseñada para apretar la estructura de la molécula y potenciar su rendimiento. El resultado fue una molécula que actuaba como un láser de precisión en comparación con el brillo más amplio y difuso de su predecesora. La molécula Ir-2 emitía luz con un pico de 758 nanómetros con una dispersión muy estrecha (una anchura a media altura, o FWHM, de solo 46 nm), lo que significaba que la luz era increíblemente pura y no se filtraba al espectro visible. En contraste, su versión anterior, la Ir-1, brillaba a 786 nm pero era mucho más amplia (62 nm) y menos eficiente.

Los investigadores no se detuvieron solo en la creación de la molécula; probaron qué tan bien funcionaba en dispositivos reales de emisión de luz. Construyeron dos tipos de prototipos. El primer tipo utilizó una mezcla de pasos líquidos y de vacío (no todo-solución), donde la molécula Ir-2 ayudó a crear un dispositivo con una eficiencia récord del 2,456%. Pero la verdadera magia ocurrió con el segundo tipo: un dispositivo fabricado íntegramente mediante procesamiento de líquidos (todo-solución), que es más barato y fácil de escalar. Incluso con este método de fabricación más sencillo, el dispositivo basado en Ir-2 logró una eficiencia récord del 2,418% para este tipo específico de luz infrarroja de color puro y de todo-solución. El estudio sugiere que este nuevo diseño molecular de "tres partes" es una plataforma poderosa, demostrando que se puede obtener alta eficiencia y color puro simultáneamente en estas luces infrarrojas difíciles de fabricar, allanando el camino para dispositivos más baratos y mejores para la visión nocturna, la terapia médica y las comunicaciones seguras.

Resumen Técnico: Fosforescentesas NIR de Banda Estrecha y Pureza de Color Basados en Complejos de Ir(III) Tris-Heterolépticos Asimétricos

Planteamiento del Problema
El desarrollo de diodos orgánicos/poliméricos de emisión de luz (OLED/PLED) de infrarrojo cercano (NIR) de alta eficiencia y pureza de color sigue siendo un desafío formidable. Aunque los complejos de iridio(III) (Ir(III)) tienen éxito en aplicaciones de luz visible, su aplicación en la región NIR (inicio de emisión $\lambda_{em} \ge 700$ nm) se ve obstaculizada por dos factores principales:

La Ley de la Brecha de Energía (Energy Gap Law): A medida que las longitudes de onda de emisión se extienden más allá de los 700 nm, aumenta el acoplamiento excitón-vibración, lo que conduce a una desactivación no radiativa rápida y a rendimientos cuánticos de fotoluminiscencia ( $\Phi_{PL}$ ) reducidos.
Compromiso entre Pureza Espectral y Eficiencia: Muchos emisores NIR sufren de espectros de emisión amplios (FWHM grande) debido a efectos de transferencia de carga (CT), lo que resulta en residuos significativos de luz visible. La verdadera "pureza de color" NIR (Tipo-III), definida como la emisión completa más allá de los 700 nm con componentes visibles mínimos, es difícil de lograr sin sacrificar la eficiencia. Además, aunque el procesamiento en solución ofrece ventajas de costos para la fabricación de grandes áreas, los NIR-PLEDs procesados en solución suelen quedar rezagados en rendimiento respecto a sus contrapartes depositadas al vacío.

Metodología
Los autores emplearon una estrategia de diseño molecular centrada en complejos de Ir(III) tris-heterolépticos asimétricos de la fórmula general $[Ir(C^N)(C'^N')(N^N)]$ .

Diseño Molecular: El estudio se centró en el complejo $[Ir(dpbq)(iqbt)(ftrpz)]$ (designado como Ir-2). Este diseño presenta:
- Un ligando principal $Hdpbq $($ HC^N$) responsable del color para asegurar la emisión NIR.
- Un ligando $Hiqbt $($ HC'^N'$) para modular la estructura electrónica.
- Un ligando auxiliar $Hftrpz $($ HN^N$) con una fuerte fuerza de campo de ligando para estabilizar el complejo y sintonizar la emisión.
- Este se comparó con un homólogo bis-heteroléptico, $[Ir(dpbq)_2(ftrpz)]$ (Ir-1), para evaluar el impacto del tercer ligando distinto.
Síntesis: Los complejos se sintetizaron mediante una reacción de un solo paso (one-pot) involucrando intermediarios de dímero con puentes $\mu$ -cloro y una posterior purificación mediante cromatografía de columna de destello (flash column chromatography).
Caracterización: Análisis exhaustivo de análisis elemental, FT-IR, $^1$ H NMR, ESI-MS, difracción de rayos X de monocristal, análisis termogravimétrico (TGA) y voltamperometría cíclica (CV).
Fabricación de Dispositivos:
- Dispositivos no procesados totalmente en solución: Fabricados con una capa de transporte de electrones (TmPyPB) depositada al vacío para establecer una referencia de rendimiento (NIR-PLED-1A y NIR-PLED-2A).
- Dispositivos procesados totalmente en solución: Fabricados utilizando una estrategia de sistema de solventes ortogonales multicapa. Esta utilizó una capa de transporte de electrones polimérica (Poly(vinyl-PBD)) para reemplazar las capas depositadas al vacío, permitiendo un dispositivo completamente procesado en solución (NIR-PLED-2B). La matriz de hospedaje fue PVK:OXD7 (60:35 en peso) con una relación de dopaje del 5%.

Resultados Clave

Propiedades Estructurales y Térmicas: La difracción de rayos X confirmó la geometría octaédrica distorsionada y asimétrica del complejo tris-heteroléptico Ir-2. El análisis de estabilidad térmica mostró temperaturas de pérdida de peso del 5% de 223°C (Ir-1) y 237°C (Ir-2), suficientes para el procesamiento en solución.
Propiedades Fotofísicas:
- Ir-2 exhibió un pico de emisión a 758 nm con un FWHM estrecho de 46 nm y un rendimiento cuántico de fotoluminiscencia ( $\Phi_{PL}$ ) del 4.9%.
- Ir-1 emitió a 786 nm con un FWHM más amplio de 62 nm y un $\Phi_{PL}$ inferior de 3.6%.
- Los cálculos teóricos (TD-DFT) indicaron que el rendimiento superior de Ir-2 surge de un "compromiso" (trade-off) entre eficiencia y pureza espectral. La introducción del ligando $iqbt$ aumentó el carácter $^3$ MLCT (6.89% vs. 5.80% en Ir-1), mejorando la tasa de decaimiento radiativo ( $k_r$ ), mientras que la combinación específica de ligandos mantuvo una banda de emisión estrecha dominada por el carácter $^3$ ILCT.
Rendimiento de los Dispositivos:
- No procesado totalmente en solución (NIR-PLED-2A): Logró una eficiencia cuántica externa máxima ( $\eta_{EQE}$ ) del 2.456% a 758 nm, con una radiancia de 970.3 mW/(sr·m²).
- Procesado totalmente en solución (NIR-PLED-2B): Utilizando la estrategia de ETL polimérico, el dispositivo logró un $\eta_{EQE}$ récord de 2.418% a 758 nm. Este rendimiento superó a los NIR-PLEDs basados en complejos de Ir(III) procesados totalmente en solución reportados previamente.
- Ambos dispositivos demostraron pureza de color "Tipo-III", con casi el 100% de la emisión ocurriendo más allá de los 700 nm.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma que la estrategia de diseño tris-heteroléptico asimétrico aborda con éxito el compromiso entre eficiencia y pureza. Al utilizar una combinación específica de ligandos (uno responsable del color, uno modulador estructural y uno auxiliar de campo fuerte), los autores lograron un "compromiso" que optimiza el equilibrio entre la longitud de onda de emisión, el ancho espectral y la eficiencia cuántica.

La principal significancia de este trabajo es la demostración de que se pueden realizar NIR-PLEDs de alta pureza de color y alto rendimiento mediante el procesamiento total en solución. El estudio establece los complejos $[Ir(C^N)(C'^N')(N^N)]$ , específicamente el Ir-2, como una plataforma viable para dispositivos optoelectrónicos NIR de bajo costo y gran área, superando la brecha histórica de rendimiento entre los NIR-OLEDs procesados en solución y los depositados al vacío.

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