Ultrastable Anion Radicals in Ligand-Dimerized Frameworks for Self-Accumulated Electrochemiluminescence

材料科学 电化学发光 激进的 配体(生物化学) 离子 光化学 纳米技术 电极 物理化学 有机化学 化学 生物化学 受体
作者
Qizhou Chen,Yuming Gu,Haomin Fu,Rengan Luo,Da Zhu,Pengfei Dong,Jing Ma,Huangxian Ju,Jianping Lei
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (14): 18194-18201 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.4c01412
摘要

Electrochemiluminescence (ECL) is a light-emitting process that occurs via an annihilation reaction among energetic radical intermediates, whose stabilities determine the ECL efficiency. In this study, a ligand-dimerized metal-organic framework (MOF) with ultrastable anion radical is designed as an efficient nanoemitter for self-accumulated ECL. Due to the nonplanar structure of perylene diimide (PDI) derivate, two PDI ligands in the framework form a J-dimer unit with a vertical distance of ∼5.74 Å. In cathodic scanning, the ligand-dimerized MOF demonstrates three-step ECL emissions with a gradual increase in ECL intensity. Unlike the decrease in the PDI ligand, the self-accumulated ECL of the MOF was observed with 16.8-fold enhancement due to the excellent stability of radical intermediates in frameworks. Electron paramagnetic resonance demonstrated the ultrastability of free radicals in the designed frameworks, with 82.2% remaining even after one month of storage. Density functional theory calculations supported that PDI dimerization was energetically favorable upon successive electron injection. Moreover, the ECL wavelength is 610 nm, corresponding to the emission of excited dimers. The radical-stabilized reticular nanoemitters open up a new platform for decoding the fundamentals of self-accumulated ECL systems.

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