funding

Research Overview

Members of the Functional Aromatic Materials group have performed the design and synthesis of organic dyes encompassing a broad range of applications such optoelectronics (1-5), energy conversion (6), and TPA printing (6).


In particular, we are interested in:

  1. nonplanar aromatic functional materials
  2. heteroatom-doped nanographenes (Lider XI, NCBR)
  3. donor-acceptor organic nanoarchitectures for thermally activated delayed fluorescent (TADF), hyperfluorescence (HF), and multiresonance (MR TADF) OLEDs devices,
  4. antiaromatic compounds exhibiting Hund’s rule violation,
  5. helical emitters,
  6. organic electron and hole transporting layers for perovskite solar cells, and recently photo-initiators for 3 and 4D printing.


Multidisciplinary research collaboration:

Funding

National Science Centre

Sonata 14 (finished)

OPUS 23 (ongoing)

Sonata Bis 13 (ongoing)

National Centre of Research and Development

Lider XI - (beneficiary Institute of Organic Chemistry, PAS; PI - dr Marcin Lindner).

Project no
LIDER/21/0077/L-11/19/NCBR/2020

Project title
Synthesis of novel class of organic emitters for TADF OLED materials embracing curved nanographene fragment

Synteza nowej klasy emiterów organicznych dla materiałów TADF OLED opartych na zakrzywionych fragmentach nanografenowych

Financial resources
1 369 062, 50 PLN

Duration of the project

01.01. 2021 – 04.01.2024

[Eng] Commercially available OLED materials have been exclusively made from noble metals complexes. As the way of their acquisition is environmentally unfriendly, complexes are expensive, and show low operational stability, a great deal of efforts has been undertaken, by researchers, to adopt organic molecules exhibiting thermally activated delayed fluorescence (TADF) as an effective and readily affordable emissive layers for OLED devices. The emission of organic molecules is strictly determined by a few, often conflicting, photophysical parameters. Accordingly, most of organic molecules is produced to tune solely one or two factors, therefore an accurate molecular design, with the goal of simultaneous performance of all parameters for efficient TADF OLEDs has still remained a great challenge. Therefore in this project, we focus on the rational design and synthesis of innovative organic architectures – nanographenes, consisting of D-π-A structure. Nanographene fragments contain "dopants" (nitrogen atoms) and structural "defects", manifested by 5/6 and 7-membered rings that trigger the curvature of the entire system, thus allowing us to improve all key photophysical parameters within one structural motif. The main goal of the project is to develop an efficient and inexpensive methodology for nanographenes synthesis. In addition, great emphasis will be put on studying the correlation between electronic structure of nanographenes and their photophysical properties, using theoretical (DFT calculations) as well as experimental (NMR, UV-vis-NIR, emission, CV) approaches. Advanced low-temperature photophysical measurements will be then performed to identify compounds with the highest photoactivity in both, solution and solid state. Nanographenes will be employed in ultimate task to fabricate TADF OLED devices and identify their emissive throughput and stability.

[PL] Komercyjnie stosowane emitery w materiałach typu OLED, składają się głównej mierze z kompleksów metali szlachetnych. Sposoby ich uzyskiwania są nieprzyjazne środowisku, kompleksy są drogie i wykazują niską stabilność operacyjną. Zatem podejmuje się wiele wysiłków, aby wykorzystać cząsteczki organiczne emitujące światło w procesie opóźnionej fluorescencji (TADF), jako skuteczne i łatwo dostępne warstwy emisyjne dla urządzeń OLED. Wydajność kwantowa emiterów zależy od kilku, często sprzecznych parametrów fotofizycznych. W związku z tym, dotychczas zaprojektowane i przebadane cząsteczki organiczne były zorientowane na poprawę tylko jednego lub dwóch parametrów. Zatem racjonalne zaprojektowanie motywu strukturalnego pozwalającego na jednoczesne udoskonalenie wszystkich parametrów, wciąż pozostaje dużym wyzwaniem. W związku z powyższym, w projekcie, podjęto się racjonalnego projektowania i syntezy nowatorskich, architektur organicznych – nanografenów o strukturze D-π-A. Nanografeny zawierają „domieszki” (atomy azotu) oraz „defekty” strukturalne”, a więc pierścienie 5/6 i 7-członowe, wpływające na zakrzywienie całego układu, umożliwiając poprawę wszystkich kluczowych parametrów fotofizycznych w obrębie jednego motywu strukturalnego.
Głównym celem projektu jest opracowanie wydajnej i niedrogiej metodologii syntezy nanografenów. Ponadto, duży nacisk zostanie położony na zbadanie korelacji między strukturami elektronowymi nanografenów, a ich właściwościami fotofizycznymi, stosując podejście teoretyczne (obliczenia DFT), jak i eksperymentalne (NMR, UV-vis-NIR, emisja, CV). Następnie zostaną przeprowadzone zaawansowane pomiary fotofizyczne w niskiej temperaturze, by zidentyfikować związki o najwyższej fotoaktywności zarówno w roztworze, jak i w ciele stałym. Ostatnim z podejmowanych zadań, będzie budowa urządzeń TADF OLED zawierających emitery nanografenowe i określenie ich wydajności oraz stabilności.

Results stemming from the development of the project Lider XI are outlined at the page entitled "Publications"

Rezultaty naukowe projektu Lider XI są wskazane w zakładce "Publications"

National Agency for Academic Exchange

Ulam 2023

Ulam 2024

MSCA Staff Exchange

“GHOST”


We received funding from Foundation for Polish Science within the scheme of First Team Feng research grant competition!

Project no
FENG.02.02-IP.05-0061/23

Project title
Light at the (Chiral) Tunnel: A New Holistic Approach to Achieving Efficient and Stable CP-OLED Devices

Światło w (chiralnym) tunelu: nowe holistyczne podejście do uzyskiwania wydajnych i stabilnych urządzeń CP-OLED

Financial resources
2 935 177 PLN

Duration of the project

1.10.2024 – 30.09.2028

Abstract: Wprowadzenie chiralnych emiterów organicznych dla urządzeń OLED (pozbawionych filtra odbiciowego, a więc zdecydowanie tańszych), charakteryzujących się wydajną emisją światła spolaryzowanego kołowo (CP), wysoką jasnością, oraz stabilnością operacyjną i elektryczną, jest nieodzowne by zdynamizować rozwój elektroniki organicznej. Dotychczasowe strategie polegające na wykorzystaniu emiterów chiralnych posiadających sztywną strukturę i achiralnych hostów jako komponentów chiralnych warstw emisyjnych są dalekie od uzyskania wystarczająco efektywnej emisji CP i stabilności, która umożliwiłaby ich praktyczne zastosowanie. Wykorzystanie stabilnych, niepłaskich barwników organicznych, o bipolarnej charakterystyce elektronowej, których łatwa modyfikacja strukturalna umożliwi wprowadzenie fragmentu o silnie zdefiniowanej chiralności, powinna pozwolić na kontrolowanie odziaływań międzycząsteczkowych, indukcję wydajnej emisji światła w procesie opóźnionej emisji (TADF) oraz dostatecznie silnego sygnału CP. Zintegrowanie tak zaprojektowanego układu wraz z chiralnym odpowiednikiem polarnych hostów organicznych pozwoli na wykorzystanie termicznie i elektrycznie stabilnej warstwy emisyjnej. Zatem celem tego projektu jest przeprowadzenie prac badawczych oraz rozwojowych (B+R), by uzyskać na drodze wydajnej i skalowalnej syntezy organicznej wysokosprawne i stabilne chiralne warstwy emisyjne (chiralny host i emiter) dla diod CP-OLED. Następnie oba komponenty chiralnych warstw emisyjnych zostaną poddane charakterystyce spektralnej w ciele stałym, by jasno określić ich parametry fotofizyczne i chiraloptyczne, co pozwoli na ich dalszą implementację w prototypowych urządzeniach CP-OLED, a następnie w testowym panelu wyświetlacza obrazu. Może to stanowić kamień milowy do ich komercjalizacji, dając podwaliny do swoistej rewolucji na rynku optoelektroniki organicznej.

Abstract: The introduction of chiral organic emitters for OLED devices (devoid of a reflective filter, and therefore significantly cheaper), characterized by efficient circularly polarized (CP) light emission, high brightness, and operational and electrical stability, is essential to accelerate the development of organic electronics. Current strategies relying on the use of chiral emitters with rigid structures and achiral hosts as components of chiral emissive layers fall short of achieving sufficiently efficient CP emission and stability necessary for practical applications. Utilizing stable, non-planar organic dyes with bipolar electronic properties, whose structural modifications can easily incorporate a strongly defined chiral fragment, should enable the control of intermolecular interactions, induction of efficient delayed fluorescence (TADF), and the generation of a sufficiently strong CP signal. Integrating such a designed system with a chiral equivalent of polar organic hosts will enable the creation of a thermally and electrically stable emissive layer. Thus, the goal of this project is to conduct research and development (R&D) to achieve, through efficient and scalable organic synthesis, high-performance and stable chiral emissive layers (chiral host and emitter) for CP-OLED diodes. Subsequently, both components of the chiral emissive layers will undergo solid-state spectral characterization to clearly determine their photophysical and chiroptical parameters. This will facilitate their further implementation in prototype CP-OLED devices and eventually in a test image display panel. This could serve as a milestone toward their commercialization, laying the foundation for a potential revolution in the organic optoelectronics market.