Ingénieries moléculaire et cristalline pour l’élaboration de matériaux organiques luminescents à l’état solide

Molecular and crystal engineering for the development of solid-state luminescent organic materials

• Auteur / Autrice : Nagham Ibrahim
• Direction : Pierre Frère
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie-Physique
• Date : Soutenance le 21/06/2023
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MOLTECH-Anjou (Angers ; 2004-....)
• Jury : Président / Présidente : David Canevet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Françoise Serein-Spirau, Magali Allain
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvain Achelle, Clémence Allain
• DOI : 10.70675/e2f6bcb3zacf4z489bzbd3bz103d82db4c60

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fluorescence

Phosphorescence

Photophysique

Optoélectronique

Mots clés libres

Émetteurs organiques π-conjugués

Fluorescence retardée activée thermiquement

Ingénierie moléculaire

Ingénierie cristalline

Organic π-conjugated emitters

Fluorescence

Phosphorescence

Thermally activated delayed fluorescence

Molecular engineering

Crystal engineering

Résumé

Les émetteurs organiques π-conjugués avec des propriétés de fluorescence, de phosphorescence ou de fluorescence retardée activée thermiquement peuvent être exploités dans le domaine de l’optoélectronique, en particulier pour la fabrication de diodes électroluminescentes (OLEDs). Dans le cadre de ce travail, deux familles très différentes de molécules émissives ont été synthétisées et leurs propriétés photophysiques étudiées. Pour chacune des familles la relation entre les propriétés d’émission à l’état solide et les structures cristallines a été établie. La première partie est focalisée sur la modulation de la fluorescence en terme d’intensité et de couleur d’émission, par ingénierie moléculaire et cristalline de composés de type cyanostilbène. Il a été mis en évidence les règles d’ingénierie permettant de concevoir des molécules ayant une émission à la fois en solution et à l’état solide et dont les couleurs d’émission à l’état solide sont modifiables en ajustant les modes d’empilement. La deuxième partie est dédiée à la synthèse et au contrôle des propriétés de phosphorescence et de fluorescence retardée activée thermiquement à l’état solide pour des composés de type tétrahydroindolo[3,2-b]carbazole selon deux types de modification structurale. Les temps de vie de phosphorescence sont affectés par le changement des substituants portés par les groupements phényles externes. La modification des chaînes portées par les atomes d’azote, est démontrée comme outil d’ingénierie permettant de régler la couleur de la persistance lumineuse mais aussi d’orienter le comportement émissif entre fluorescence retardée et phosphorescence à température ambiante.

Organic π-conjugated emitters with fluorescence, phosphorescence or thermally activated delayed fluorescence properties can be exploited in optoelectronics field, especially for the development of organic light emitting diode (OLED). My PhD work has been dedicated to the synthesis and the characterization of two different families of emissive molecules. The relationship between the solid-state emission properties and the structure based on X-ray analysis were investigated for each family. The first part is focused on fluorescence modulation in terms of intensity and color, by molecular and crystal engineering of cyanostilbene compounds. It was demonstrated an engineering rules for designing emissive molecules in solution and solid state, for which the solid-state emission colors are modified by stacking mode regulation. The second part is dedicated to the synthesis of tétrahydroindolo[3,2-b]carbazole compounds, then to phosphorescence and thermally activated delayed fluorescence properties modulation following two different ways of structural modification. It has been shown that phosphorescence lifetime is affected by changing external phenyl group’s substituent. On the other hand, the modification of the chains borne by nitrogen atom has been demonstrated as an effective engineering tool to regulate the persistence color and the emission behaviour specifically thermally activated delayed fluorescence and phosphorescence.