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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

Cette étude démontre que les complexes d'Ir(III) asymétriques tris-hétérolégotiques, spécifiquement [Ir(dpbq)(iqbt)(ftrpz)], atteignent une émission proche infrarouge de pureté de couleur supérieure et des efficacités quantiques externes records dans les NIR-PLEDs tous procédés par voie liquide, en optimisant le compromis entre l'efficacité, le pic d'émission et la largeur spectrale.

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

Publié 2026-08-12

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CC BY 4.0

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

Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Ceci est une explication générée par l'IA de l'article ci-dessous. Elle n'a pas été rédigée ni approuvée par les auteurs. Pour une précision technique, consultez l'article original. Lire la clause de non-responsabilité complète

Imaginez un monde où la lumière ne se contente pas d'être brillante ou colorée, mais peut aussi être invisible à l'œil humain tout en étant assez puissante pour voir dans le noir, guérir des tissus ou transporter des messages secrets. C'est le domaine de la lumière proche infrarouge (NIR), une bande spéciale du spectre électromagnétique qui se situe juste au-delà de l'extrémité rouge de ce que nos yeux peuvent voir. Les scientifiques tentent depuis longtemps de créer des « ampoules » qui brillent exclusivement dans cette zone invisible sans laisser fuiter de lumière rouge ou orange visible, ce qui gâcherait l'effet. Le défi est comparable à celui de tenter de régler une radio sur une seule station calme au milieu d'une tempête de parasites ; généralement, quand on pousse la lumière vers le rouge profond (infrarouge), elle devient plus faible et plus floue, perdant sa netteté et son efficacité. Pour résoudre ce problème, les chercheurs utilisent de minuscules molécules complexes appelées complexes d'iridium(III). Voyez ces molécules comme des usines microscopiques où l'électricité est transformée en lumière. L'objectif est de concevoir ces usines pour qu'elles ne produisent que cette lumière infrarouge spécifique avec une grande efficacité, et de construire les dispositifs qui les contiennent en utilisant des méthodes simples basées sur les liquides (comme la peinture ou l'impression), plutôt que des machines coûteuses sous vide élevé.

Dans cette étude, une équipe de chercheurs a décidé de redessiner le plan de ces usines moléculaires. Ils se sont éloignés de la conception standard, qui utilise généralement deux parties « principales » identiques et une partie « auxiliaire », pour passer à une conception « asymétrique » à trois parties plus unique. Ils ont créé une nouvelle molécule, qu'ils ont nommée Ir-2, en mélangeant trois types différents de ligands (les blocs de construction qui maintiennent l'atome d'iridium). Une partie a été choisie pour être le « maître de la couleur », responsable de la création de l'éclat infrarouge profond, tandis qu'une autre partie plus « forte » a été conçue pour resserrer la structure de la molécule et booster ses performances. Le résultat est une molécule qui agissait comme un laser de précision comparée à l'éclat plus large et plus flou de sa prédécesseure. La molécule Ir-2 émettait une lumière à un pic de 758 nanomètres avec une dispersion très étroite (une largeur à mi-hauteur, ou FWHM, de seulement 46 nm), ce qui signifie que la lumière était incroyablement pure et ne fuyait pas dans le spectre visible. En revanche, leur ancienne version, Ir-1, brillait à 786 nm mais était beaucoup plus large (62 nm) et moins efficace.

Les chercheurs ne se sont pas contentés de fabriquer la molécule ; ils ont testé son efficacité dans des dispositifs émetteurs de lumière réels. Ils ont construit deux types de prototypes. Le premier type utilisait un mélange d'étapes liquides et sous vide (non-tout-en-solution), où la molécule Ir-2 aidait à créer un dispositif avec une efficacité record de 2,456 %. Mais la véritable magie s'est produite avec le second type : un dispositif fabriqué entièrement par traitement liquide (tout-en-solution), qui est moins cher et plus facile à mettre à l'échelle. Même avec cette méthode de fabrication plus simple, le dispositif basé sur l'Ir-2 a atteint une efficacité record de 2,418 % pour ce type spécifique de lumière infrarouge à couleur pure en solution. L'étude suggère que cette nouvelle conception moléculaire à « trois parties » est une plateforme puissante, prouvant que l'on peut obtenir simultanément une haute efficacité et une couleur pure dans ces lumières infrarouges difficiles à fabriquer, ouvrant la voie à des dispositifs moins chers et meilleurs pour la vision nocturne, la thérapie médicale et les communications sécurisées.

Résumé technique : Phosphores NIR à bande étroite de haute pureté colorimétrique basés sur des complexes d'Ir(III) tris-hétéroléptiques asymétriques

Énoncé du problème
Le développement de diodes électroluminescentes organiques/polymères (OLED/PLED) de type proche infrarouge (NIR) à haute efficacité et à haute pureté colorimétrique demeure un défi de taille. Bien que les complexes d'iridium(III) (Ir(III)) soient couramment utilisés pour la lumière visible, leur application dans la région du NIR (début d'émission $\lambda_{em} \ge 700$ nm) est entravée par deux facteurs principaux :

La loi de l'écart d'énergie (Energy Gap Law) : À mesure que les longueurs d'onde d'émission s'étendent au-delà de 700 nm, le couplage exciton-vibration augmente, entraînant une désactivation non radiative rapide et réduisant les rendements quantiques de photoluminescence ( $\Phi_{PL}$ ).
Le compromis entre pureté spectrale et efficacité : De nombreux émetteurs NIR souffrent de spectres d'émission larges (large FWHM) dus aux effets de transfert de charge (CT), ce qui entraîne des résidus de lumière visible significatifs. Une émission NIR de « pureté colorimétrique » réelle (Type-III), définie par une émission complète au-delà de 700 nm avec des composantes visibles minimales, est difficile à obtenir sans sacrifier l'efficacité. De plus, bien que le traitement en solution offre des avantages de coût pour la fabrication de grandes surfaces, les NIR-PLED traités en solution sont généralement moins performants que leurs homologues déposés sous vide.

Méthodologie
Les auteurs ont employé une stratégie de conception moléculaire axée sur des complexes d'Ir(III) tris-hétéroléptiques asymétriques de formule générale $[Ir(C^N)(C'^N')(N^N)]$ .

Conception moléculaire : L'étude a ciblé le complexe $[Ir(dpbq)(iqbt)(ftrpz)]$ (désigné Ir-2). Cette conception présente :
- Un ligand principal $Hdpbq $($ HC^N$) responsable de la couleur pour assurer l'émission NIR.
- Un ligand $Hiqbt $($ HC'^N'$) pour moduler la structure électronique.
- Un ligand auxiliaire $Hftrpz $($ HN^N$) doté d'une forte intensité de champ de ligand pour stabiliser le complexe et ajuster l'émission.
- Ce dernier a été comparé à un homologue bis-hétéroléptique, $[Ir(dpbq)_2(ftrpz)]$ (Ir-1), afin d'évaluer l'impact du troisième ligand distinct.
Synthèse : Les complexes ont été synthétisés via une réaction monotope impliquant des intermédiaires de type dimère à pont $\mu$ -chloro, suivie d'une purification par chromatographie sur colonne flash.
Caractérisation : Analyse complète par analyse élémentaire, FT-IR, RMN $^1$ H, ESI-MS, diffraction des rayons X sur monocristal, analyse thermogravimétrique (TGA) et voltampérométrie cyclique (CV).
Fabrication de dispositifs :
- Dispositifs non entièrement traités en solution : Fabriqués avec une couche de transport d'électrons déposée sous vide (TmPyPB) pour servir de référence de performance (NIR-PLED-1A et NIR-PLED-2A).
- Dispositifs entièrement traités en solution : Fabriqués en utilisant une stratégie de système de solvants orthogonaux multicouches. Celle-ci a utilisé une couche de transport d'électrons polymère (Poly(vinyl-PBD)) pour remplacer les couches déposées sous vide, permettant ainsi un dispositif entièrement traité en solution (NIR-PLED-2B). La matrice hôte était composée de PVK:OXD7 (60:35 en poids) avec un taux de dopage de 5 %.

Résultats clés

Propriétés structurales et thermiques : La diffraction des rayons X a confirmé la géométrie octaédrique distordue et asymétrique du complexe tris-hétéroléptique Ir-2. L'analyse de la stabilité thermique a montré des températures de perte de poids de 5 % de 223 °C (Ir-1) et 237 °C (Ir-2), ce qui est suffisant pour le traitement en solution.
Propriétés photophysiques :
- Ir-2 a présenté un pic d'émission à 758 nm avec une FWHM étroite de 46 nm et un rendement quantique de photoluminescence ( $\Phi_{PL}$ ) de 4,9 %.
- Ir-1 a émis à 786 nm avec une FWHM plus large de 62 nm et un $\Phi_{PL}$ plus faible de 3,6 %.
- Les calculs théoriques (TD-DFT) ont indiqué que la performance supérieure d'Ir-2 provient d'un « compromis » entre efficacité et pureté spectrale. L'introduction du ligand $iqbt$ a augmenté le caractère $^3$ MLCT (6,89 % contre 5,80 % pour Ir-1), améliorant ainsi le taux de décroissance radiative ( $k_r$ ), tandis que la combinaison spécifique de ligands a maintenu une bande d'émission étroite dominée par un caractère $^3$ ILCT.
Performance des dispositifs :
- Non entièrement traité en solution (NIR-PLED-2A) : A atteint une efficacité quantique externe maximale ( $\eta_{EQE}$ ) de 2,456 % à 758 nm, avec une luminance de 970,3 mW/(sr·m²).
- Entièrement traité en solution (NIR-PLED-2B) : En utilisant la stratégie de l'ETL polymère, le dispositif a atteint un $\eta_{EQE}$ record de 2,418 % à 758 nm. Cette performance a surpassé les NIR-PLED à base de complexes d'Ir(III) précédemment rapportés et entièrement traités en solution.
- Les deux dispositifs ont démontré une pureté colorimétrique de « Type-III », avec la quasi-totalité du spectre d'émission située au-delà de 700 nm.

Signification et revendications
L'article affirme que la stratégie de conception tris-hétéroléptique asymétrique répond avec succès au compromis entre efficacité et pureté. En utilisant une combinaison spécifique de ligands (un responsable de la couleur, un modulateur structurel et un auxiliaire à champ fort), les auteurs ont obtenu un « compromis » qui optimise l'équilibre entre la longueur d'onde d'émission, la largeur spectrale et l'efficacité quantique.

La principale signification de ce travail est la démonstration que des NIR-PLED de haute performance et de pureté colorimétrique peuvent être réalisés via un traitement entièrement en solution. L'étude établit les complexes $[Ir(C^N)(C'^N')(N^N)]$ , spécifiquement l'Ir-2, comme une plateforme viable pour des dispositifs optoélectroniques NIR efficaces, à faible coût et de grande surface, surmontant l'écart historique de performance entre les NIR-OLED traités en solution et ceux déposés sous vide.

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