科学研究

杨楚罗特聘教授和李凯助理教授在《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》上发表论文

发表于: 2020-12-08 16:48 点击:

“面对面”解决空间电荷转移激发态的辐射跃迁和非辐射跃迁的竞争难题

纯有机热活化延迟荧光(TADF)材料用于有机发光二极管(OLED)被寄予厚望取代贵金属铱、铂配合物发光材料,在过去10年获得了广泛的关注。通过电子给-受体空间扭曲构建电荷转移激发态来减小激发态单重态和三重态的能隙是促进TADF分子的反向系间窜跃(RISC)的基本策略。然而,与此同时带来的激发态辐射跃迁振子强度的降低则不利于实现材料的高发光效率。因此,如何有效地平衡激发态辐射跃迁速率和RISC速率是开发理想TADF分子的关键。此外,采用扭曲构型的TADF分子由于多种构象异构体的存在通常具有较宽的发射光谱,是实现TADF材料在显示领域的应用所需要攻克的另一个难题。

空间电荷转移(TSCT)激发态由于其本征的前线轨道(HOMOLUMO)的分离能够用于开发TADF分子;其关键在于如何调控给、受体在激发态具有强电荷转移作用。近日,深圳大学有机光电材料与器件团队杨楚罗特聘教授和李凯助理教授联合香港大学支志明院士团队程刚博士报道了一类新型TSCT分子的研究进展。

作者通过选择具有不同几何结构的电子给体和受体获得了一系列给-受体空间取向可控的TSCT型分子。单晶X-射线衍射实验清楚地显示分子内给体-受体的排列取向逐步从“边对面”、“部分面对面”调控为“面对面”。约化密度梯度(RDG)分析表明给-受体间的π-π相互作用随着其取向的变化逐渐增强。DFT理论模拟显示分子最低激发态的HOMO和LUMO分别分布在电子给体、受体部分,形成空间电荷激发态。咔唑则发挥桥联的作用,不直接参与激发态。

光物理性质探测实验验证了作者的假设,随着π-π相互作用的增强,分子激发态的辐射跃迁速率逐渐提升且非辐射跃迁得到了大幅度的抑制。最终,采用几何结构匹配的给体和受体并具有最大化分子内π-π相互作用的分子(DPXZ-BO)发光效率提升至接近100%。与此同时,发射光谱的半峰宽从80 nm递减到61 nm,与传统扭曲构型的TADF分子相比具有一定的提升。采用该分子作为发光材料的OLED器件展现了良好的外量子效率 (最大EQE达24%)。另外,基于本文TSCT发光分子的器件在高亮度下的效率滚降也得到了良好的抑制。采用共混主体(Co-host)DPXZ-CTZ的器件在1000尼特下的效率滚降仅为1%。该研究成果为TSCT型分子的激发态动力学调控尤其是辐射跃迁提供了新的思路,有望促进该类型分子发光性能的进一步优化。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上,文章的第一作者是深圳大学硕士研究生吴超。

论文信息:

https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202013051

A FacetoFace Orchestration of Quasiplanar Donor and Acceptor Enables Highly Efficient Intramolecular Exciplex Fluorescence

Chao Wu, Weiqiang Liu, Kai Li, Gang Cheng, Jinfan Xiong, Teng Teng, Chi-Ming Che, and Chuluo Yang

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.202013051

 

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