苯并噻唑酮类热活化延迟荧光材料的合成及其光电性能研究

以苯并噻唑-2-基(苯基)甲酮作为受体,具有强给电子能力的吩噁嗪和吩噻嗪作为给体构筑给体-受体(D-A)型分子,设计合成了两种具有聚集诱导发光(AIE)特性的热活化延迟荧光(TADF)红光材料3和4,并对它们的热稳定性、电化学性质、单晶结构、光物理性质和电致发光性能进行了系统研究.两种化合物具有较小的单三线态能级差(ΔE_ST,0.04和0.16 eV)以及微秒级延迟寿命(0.63和1.30μs),表现出明显的TADF特性.通过对比化合物在粉末状态下研磨前后的发射光谱,发现化合物4具有明显的力致变色发光现象.在纯薄膜下,两种化合物的发射峰分别为683和654 nm,光致发光量子产率(PLQY)分别为0.8%和3.6%.基于化合物3和4的非掺杂有机发光二极管(OLED)器件,均获得了纯红光发射(662和652 nm),器件的最大外量子效率(EQE)分别为0.15%和0.34%.虽然基于这两种化合物的器件发光效率有待提升,但它们的合成过程简便,能为开发苯并噻唑酮类TADF红光材料提供一定的启发.     

基于苊并[1,2-b]喹喔嗪为受体单元设计合成新型红光热活化延迟荧光分子

采用苊并[1,2-b]喹喔嗪(AQ)作为一种新的热活化延迟荧光(TADF)电子受体(A)基团,通过与强电子给体(D)基团吩噁嗪连接成D-A结构,合成出一种新型TADF分子10,10',10'-(苊并[1,2-b]喹喔嗪-3,9,10-三基)-三(10H-吩噁嗪)(AQ-TPXZ),该分子材料发射红色荧光.理论计算表明,该分子的轨道电子云重叠度很小.通过荧光和磷光光谱计算得出,其单线态-三线态能隙差为0.02eV.瞬态衰减测试显示AQ-TPXZ具有瞬时寿命和延迟寿命两种组分.以AQ-TPXZ为发光材料的有机电致发光器件(OLED)实现了红光发射,峰值位于624nm处.该器件的最大外量子效率为7.4%,高于传统的OLED的理论最大外量子效率(5%),这一结果不仅表明AQ-TPXZ为红光TADF分子,同时表明AQ可作为一种新的红光TADF电子受体片段.     

基于新型电子受体1,3,5-三苯酰基苯的两种热活化延迟荧光材料的合成及性能研究

以1,3,5-三苯酰基苯（TBP）作为电子受体,1,8-二甲基咔唑（DmCz）和1,3,6,8-四甲基咔唑（TmCz）分别作为电子给体,合成了两种新的热活化延迟荧光材料TBP-DmCz和TBP-TmCz.热重和差热测试结果表明,这两种材料都具有高热稳定性.理论计算显示,材料的最高电子占据轨道和最低电子未占轨道分别分布在咔唑和1,3,5-三苯酰基苯结构单元上,两种分子轨道几乎没有重叠,具有热活化延迟荧光材料分子轨道的典型特征.分子轨道能级测算结果显示,增加咔唑结构单元上甲基的数量,能明显升高材料的最高电子占据轨道能级.TBP-DmCz和TBP-TmCz的最低激发单重态和最低激发三重态间能级差（ΔE_ST）都非常小,分别为0.05和0.01 eV.在甲苯溶液中,两种材料均表现出了明显的分子内电荷转移跃迁吸收,TBP-DmCz和TBP-TmCz的发光峰分别出现在488和502 nm.用TBP-DmCz和TBP-TmCz作为掺杂客体材料制备出了两种高性能电致发光器件,器件的最大外量子效率分别达到了13.6%和18.3%.     

用含时密度泛函方法研究和设计推拉结构的荧光分子

应用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)方法及连续极化模型研究了六种荧光材料分子基态和第一激发态的电子结构性质.这六种分子是:3-(二氰亚甲基)-5,5-二甲基-1-(3-[9-(2-乙基-己基)-咔唑基]-乙烯基)环己烷(DCDHCC),DCDHCC2,3-(二氰亚甲基)-5,5-二甲基-1-(4-二苯基氨基-苯乙烯基)环己烷(DCDPC),DCDPC2,3-(二氰亚甲基)-5,5-二甲基-1-(4-[9-咔唑基]-乙烯基)环己烷(DCDCC)和3-(二氰亚甲基)-5,5-二甲基-1-(4-二甲基氨基-苯乙烯基)环己烷(DCDDC).它们可作为有机发光显示器件的发光材料.比较了PBE0、M06、BMK、M062X和CAM-B3LYP五种泛函,其中BMK方法很好地再现了各个分子在丙酮溶剂中的吸收和发射光谱.同时计算了分子的电子亲和能和电离势并用于评价分子的电荷注入性质.研究表明,当使用双π桥和双受体时,分子的发射光谱会红移到理想的发光区域.据此设计了两个新的分子DCDCC2和DCDDC2,它们分别是DCDCC和DCDDC的双支对应分子.计算结果表明这两个分子也具有作为荧光发射体的良好性质.     

电子给体-受体型热活化延迟荧光蓝光材料研究进展

热活化延迟荧光材料由于其最低激发单重态和最低激发三重态之间的能级差较小,三重态激子可以通过反向系间窜越过程上转换到单重态,实现无贵金属添加的三重态激子参与的荧光发射,大大提高了发光效率,解决了传统荧光有机发光二极管(OLED)内/外量子效率(≤25%/≤5%)低下的问题;与磷光OLED相比,避免了使用贵金属,在造价方面具有更大优势.在类型众多的热活化延迟荧光(TADF)材料中,由于电子给体-受体型分子合成简单,性能出众而成为近年来的研究热点.另一方面,高效蓝光材料的稳定性及色纯度问题一直是该领域研究亟待解决的难题.本文将依据不同电子给受体单元,对电子给体-受体型热活化延迟荧光蓝光材料及其OLED器件的最新进展、发光原理和设计原则进行了简要综述,并对其发展作出展望.     

热活化延迟荧光蓝光小分子取代基效应的研究进展

近年来, 作为第三代有机发光二极管(organic light-emitting diodes, OLED)发光材料的热活化延迟荧光(thermally activated delayed fluorescence, TADF)材料受到了学术界和产业界的广泛关注. TADF分子由于其单线态与三线态之间的能级差较小, 三线态激子可以被环境热活化而通过反系间窜越上转换至单线态, 理论上可实现100%的激子利用率, 从而使得OLED器件外量子效率显著提高. TADF材料被认为是突破高效稳定有机电致蓝光发射瓶颈的潜在解决方案. 一般, TADF分子为含有电子给体(donor, D)和电子受体(acceptor, A)的纯有机推拉电子体系. 通过改变给体单元和受体单元的结构、数量和取代基及其位置可以有效调节TADF分子的单线态-三线态能级差、前线轨道分布、聚集态结构、电致发光颜色及其性能. 同时取代基在调控给、受体单元的推拉电子能力及TADF材料的分子构型、聚集态结构和稳定性等物化特性方面扮演着非常重要的角色. 本综述分别对D-A型和多重共振型TADF蓝光分子的取代基效应进行了综述, 以期为高效稳定的蓝光TADF分子的设计合成提供有效借鉴.     

基于硼氮杂稠环芳烃的多重共振热活化延迟荧光材料研究进展

近年来,多重共振热活化延迟荧光(multi-resonance thermally activated delayed fluorescence, MR-TADF)材料由于其优异的光物理性质和电致发光器件性能而受到广泛关注.这类材料通常以稠环芳烃骨架为基础,通过引入具有相反共振效应的缺电子中心(如硼原子)和富电子中心(如氮原子),诱导最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占分子轨道(LUMO)在分子骨架中分别定域在不同原子上,从而获得小的单线态-三线态能级差(ΔEST),实现TADF的性质.与传统的给受体型TADF材料相比, MR-TADF材料具有刚性结构和局域电荷转移特征,有利于获得高色纯度的窄谱带发光和极高的量子效率,使其成为理想的发光材料并广泛应用于有机发光二极管(organiclight-emittingdiode,OLED)中.自2016年首例基于硼氮杂稠环芳烃的MR-TADF材料被报道以来,该领域取得了飞速的发展,但尚缺乏针对材料分子研究进展的系统总结.综述了基于硼氮杂稠环芳烃的MR-TADF分子的设计策略和合成方法,从分子骨架的发展、分子骨架的取代基修饰策略以及新型手性MR...     

一种热活化延迟荧光黄光材料的合成、性能及高效率电致发光器件

利用吩噁嗪和嘧啶分别作为电子给体和电子受体，通过Buchwald-Hartwig和Suzuki偶联反应成功合成了一种热活化延迟荧光黄光材料pPBPXZ.密度泛函理论计算显示，pPBPXZ分子中吩噁嗪和嘧啶结构单元间的二面角接近90°，而两个嘧啶结构单元与连接二者的苯环间的二面角接近0°；pPBPXZ的最高电子占据轨道主要分布在吩噁嗪结构单元上，最低电子未占轨道主要分布在嘧啶环和苯环上，两种分子轨道只有很小部分重叠.循环伏安、热重和差热测试表明，pPBPXZ具有高的电化学稳定性和热稳定性.在甲苯溶液中，pPBPXZ在360~495 nm显示出了明显的分子内电荷转移跃迁吸收，室温发光峰出现在535 nm.根据低温（77 K）荧光和磷光光谱，计算得到pPBPXZ的最低激发单重态和最低激发三重态能级分别为2.57 eV和2.48 eV，能级差（△E_ST）仅为0.09 eV.利用pPBPXZ作为发光层客体掺杂材料，制备出了高效率的黄光电致发光器件.器件的发射峰出现在552~560 nm，最大电流效率、功率效率和外量子效率分别达到了49.9 cd/A、49.0 lm/W和15.7%，而且发光效率受pPBPXZ掺杂浓度影响较小.     

不同位置取代的三氰基乙烯基蒽的光谱行为的研究

本文设计合成了两个典型的共轭的电子给体与电子受体(D-A)化合物:2-三氰基乙烯基蒽(2-TCVA)与9-三氰基乙烯基蒽(9-TCVA),通过极性效应,温度效应对它们基态与激发态的光谱行为进行了表征。研究表明:这两个化合物均表现出显著的电荷转移(CT)吸收峰,分子受光激发后,9-TCVA只能在非极性溶剂中产生分子内电荷转移(ICT)态荧光,而2-TCVA在极性与非极性溶剂中都能从ICT态发光。另外,温度效应显示冻结态下,2-TCVA只发射ICT态荧光,而9-TCVA既发射类蒽(anthracene-like)荧光又发射ICT态荧光,造成这一现象的主要原因可能是2-TCVA与9-TCVA分子平面性上的差异而引起分子内电荷转移相互作用不同所致。文中还利用了Bilot-Kawski公式估算了化合物2-TCVA在激发态与基态时偶极矩的差值为18.8D。     

基于氰基化9-苯基芴衍生物的激基复合物发光与性质研究

激基复合物发光器件因给、受体材料掺杂比例易调且易实现小的单线态-三线态能隙差等优势, 在发展工艺简单、性能高效的有机发光二极管方面显示出很大的应用潜力. 针对目前激基复合物受体材料的种类仍较为匮乏, 器件性能仍需改善等问题, 本工作设计合成出新型基于9-苯基芴的电子受体材料(TCNDPFCz)用于构筑激基复合物发光器件. 实验表明, 受体分子TCNDPFCz与给体分子1,1-bis[(di-4-tolylamino)phenyl]cyclohexane (TAPC)掺杂后(TAPC: TCNDPFCz)呈现明显的激基复合物发光, 其光致发光效率为54%, 电流效率为27.2 cd•A^‒1, 功率效率为32.9 lm•W^‒1, 外量子效率为12.5%. 经分析, 我们推测激基复合物TAPC:TCNDPFCz形成的过程得益于TCNDPFCz具有很强的吸电子能力. 本工作表明9-苯基芴可以作为骨架单元来构筑受体分子, 为开发新型电子受体材料提供了新策略.     

以蒽醌酰亚胺为电子受体的共轭聚合物的设计与合成及其在光探测器上的应用

合成了5,8-二溴蒽醌-2,3-二羧酸,进一步制备出相应的酸酐和一个新的电子受体——N-(1-己基庚基)-5,8-二溴蒽醌-2,3-二羧酸酰亚胺.该化合物的活性很高,可通过钯配合物催化的偶联反应与不同的电子给体进行聚合获得相应的给受体型共轭聚合物.在计算机模拟的辅助下,设计合成了2个聚合物.聚合物P1选用苯并双噻吩衍生物作为电子给体基元,而P2在P1的基础上,选用3,4-乙烯二氧噻吩作为连接基元,两个聚合物的吸收波长覆盖整个可见光区.聚合物的LUMO(最低未占分子轨道)能级在-3.85 eV左右,且具有很好的溶解性,可与(6,6)-苯基-C61-丁酸甲酯掺杂制备出体异质结光探测器件.P2制备的光探测器件,在-4 V的偏压下,505 nm处EQE为26%,相应的归一化探测率(D*)为2.2×1011Jones.     

氟化吡唑啉蓝色电致发光器件的制备

自从Tang等[1]首次报道了多层有机电致发光器件以来, 人们研究了大量的新型材料[2,3], 其中较吸引人的方法是将高量子产率的荧光染料掺杂于传输层中制备电致发光器件[4～9]. 三芳基吡唑啉化合物具有较高的荧光产率和蓝色发射特性. 这些化合物具有分子内电荷传输性能, 在激发状态下分子可发生扭曲形成电子给体-受体结构[10], 因此在EL器件制备过程中既可以作为载流子传输材料, 又可以作为发光材料来应用. 虽然吡唑啉类化合物在固态下具有空穴传输特性[11], 也有较高的荧光产率, 但它们的玻璃转化转变温度较低, 在制备EL器件时, 如单独作为传输层或发射层时, 该类材料易于结晶, 从而使得器件的性能快速衰减. 如果将它们分散于聚合物等主体中, 就会避免重结晶问题. 我们在三苯基吡唑啉中引入强吸电子基团CF3, 导致分子的刚性增强和荧光强度增加, 熔点升高. 将氟化三苯基吡唑啉(FTPP)作为发光中心制作了两类EL器件, 均获得蓝光发射. FTPP分子结构见图1.     

氰基取代的螺芴氧杂蒽衍生物:激基复合物发光与性质调控

热活化延迟荧光分子因具有高效发光、价格低廉等优点,在发展有机发光二极管方面显示出巨大潜力.与单分子相比,激基复合物容易实现小的单线态-三线态能隙差,在开发延迟荧光材料方面备受关注.然而,相应受体材料的种类仍较为稀少,且激基复合物延迟荧光性质与受体材料结构之间的关系还需深入探讨.本工作设计合成出两个新型的基于螺芴氧杂蒽的电子受体材料（CNSFDBX和DCNSFDBX）.结果表明,它们与给体材料TCTA掺杂后均呈现激基复合物发射,其中TCTA：DCNSFDBX掺杂体系显示更高的发光效率,其原因归结为双氰基取代使得DCNSFDBX具有更强的接收电子的能力.该工作为开发新型电子受体材料用于激基复合物延迟荧光提供了思路.     

给体-受体-给体窄带隙染料掺杂聚芴发光二极管

合成了一系列给体-受体-给体型窄带隙荧光分子, 并将其作为掺杂剂与主体(Host)宽带隙聚芴共混制备发光二极管. 荧光分子为4,7-二呋喃-苯并噻二唑(O-S)、4,7-二噻吩-苯并噻二唑(S-S)、4,7-二(N-甲基吡咯)-苯并噻二唑(N-S)、4,7-二硒吩-苯并噻二唑(Se-S)和4,7-二(N-甲基吡咯)-苯并硒二唑(N-Se). 溶液中荧光分子的紫外-可见吸收峰位于447~472 nm, 荧光发射峰位于563~637 nm. 该系列荧光分子掺杂聚芴(PFO)发光器件的电致发光峰位于580~633 nm. 当器件结构为ITO/PEDOT/PVK/PFO+N-Se/Ba/Al时, 最大外量子效率为1.28%, 电流效率1.31 cd/A.     

空间电荷转移高分子荧光材料

空间电荷转移高分子荧光材料是利用非共轭高分子骨架实现电子给体与电子受体的空间π-堆积,继而通过空间电荷转移发光的高分子荧光材料,无论是在化学结构还是在发光本质方面均有别于基于共轭高分子骨架和化学键电荷转移发光的经典高分子荧光材料,已经成为发展高分子荧光材料的新途径.本文围绕空间电荷转移效应的实现、发光特性调控及其器件应用三个方面,总结空间电荷转移高分子荧光材料与器件方面的研究进展,重点讨论给体与受体空间相互作用的调控途径,包括给体与受体的强度与平面性、作用距离与排列方式以及多重给/受体结构对空间电荷转移效应、热活化延迟荧光效应以及电致发光性能的影响规律.同时分析了空间电荷转移高分子荧光材料未来发展面临的机遇和挑战.     

含四苯基乙烯的炔酮衍生物的设计合成、聚集诱导发光性质及其对Pd2+的选择性荧光检测

聚集诱导发光（AIE）材料吸引了许多光电器件和生物荧光技术领域的科学家的关注.对聚集诱导发光化合物构效关系的深入理解对于设计新材料至关重要.在本工作中,基于经典的AIE基元四苯基乙烯,设计并合成了一系列具有AIE性质,含不同电子给体/受体取代基的炔酮衍生物.对这一系列化合物的光物理性质进行了系统研究并分别探讨了取代基团对发光波长、发光效率和AIE性质的影响.它们的聚集态最大发射波长位于511～565 nm,在四氢呋喃/水混合溶液中的荧光量子产率可达31%.在末端苯环上的电子给体/受体取代基团会降低聚集态的发光效率,而引入硝基取代基则会在发射波长红移的同时,显著猝灭荧光.最为重要的是,这些化合物结构中的炔酮基元可以在一系列金属离子中选择性地与Pd²⁺配位,猝灭纳米聚集体的发光,并有望作为一个有效的Pd²⁺荧光传感器.     

(E)-(5-(4-(二苯基胺)苯乙烯基)二噻吩并[2,3-b∶3′,2′-d]噻吩基)-2-亚甲基丙二腈的聚集态发光现象的研究

本文报道了对一种电子给体-受体化合物(E)-(5-(4-(二苯基胺)苯乙烯基)二噻吩并[2,3-b∶3′,2′-d]噻吩基)-2-亚甲基丙二腈(TPA-DCST)的合成与光谱学行为的研究。化合物TPA-DCST的分子结构中含有强电子给体(三苯胺)与强电子受体(二氰基乙烯)两个部分,并由二噻吩并[2,3-b∶3′,2′-d]噻吩作为共轭桥将电子给体与受体相连接。在合成方面,采用Wittig反应将三苯胺通过双键与二噻吩并[2,3-b∶3′,2′-d]噻吩相连接、醛基化,并与并二腈经Knoevenagel缩合反应合成目标产物。产物通过了核磁氢谱、碳谱、红外以及高分辨率质谱的确认。光谱方面,主要考察了该化合物的吸收与荧光行为。其最大吸收峰位在412nm左右,归属于π-π*跃迁。在非极性溶剂正己烷中表现出来自分子间聚集而形成的聚集态荧光(550nm),并通过了单分子在CTAB胶束([c]=1.02×10-2 mol/L)的发光(460nm)试验得到验证。溶剂效应表明,该化合物没有出现典型的ICT态的发光现象,其原因在于电子给体与受体相连的共轭桥单元,即二噻吩并[2,3-b∶3′,2′-d]噻吩不具有有效的共轭效应。浓度效应与温度效应进一步表明TPA-DCST分子易于产生分子间聚集态的发光。在THF-H_2O二元溶剂体系中呈现典型的聚集诱导(AIE)发光现象,发光峰位为692nm。随着TPA-DCST分子间的聚集程度的增加,聚集态的荧光出现大范围的红移,直至固体发光红移到710nm。TPA-DCST分子的聚集因素可能来自于疏脂作用、偶极-偶极相互作用等。     

基于联萘酚骨架的新型圆偏振发光材料的合成及性能探究

合成了基于联萘酚骨架并具有电子给体二芳基胺(NN)、电子给受体二芳基胺和二芳基硼(BN)、电子给受体二芳基胺和氰基(4N2CN)的系列手性发光分子, 通过引入不同的受体基团和扩展分子的手性骨架来比较几个分子的性质差异. 由于分子内电荷转移(ICT)特性, 化合物BN和4N2CN表现出显著的温度响应型荧光发射位移. 二芳基硼的引入使得BN在常见有机溶剂中的荧光量子效率相比NN明显提高并表现出更显著的溶剂化变色效应. 为了探索它们的手性光学性质, 三个消旋体化合物在光学提纯后进行圆二色光谱(CD)和圆偏振发光光谱(CPL)测试. 因为化合物4N2CN手性骨架的扩展, 其CPL信号和发光不对称因子(g_lum)优于NN. 这项工作可能有助于开发新型手性发光材料, 也为增强分子激发态的手性信号提供了一种思路.     

基于四氰基受体单元的高效近红外热激活延迟荧光

以二吡啶并吩嗪为受体单元,三苯胺(TPA)为给体单元,设计合成了近红外(NIR)热激活延迟荧光(TADF)材料11,12-双[4-(二苯基氨基)苯基]联吡啶[3,2-a:2’,3’-c]吩嗪-3,6,10,13-四甲腈(FCNPZ-TPA).在FCNPZ-TPA分子的受体单元上引入4个氰基增加了受体单元的吸电子能力.考虑到TPA具有优异的给电子能力,将强给体-强受体单元同时引入分子骨架中,使得FCNPZ-TPA的发射波长红移到近红外区域.另外,给体(D)和受体(A)单元之间空间位阻导致FCNPZ-TPA具有扭曲D-A分子构型,从而实现了较小的单线态-三线态能级差(ΔEST).得益于FCNPZ-TPA分子刚性骨架以及较小的ΔEST,当FCNPZ-TPA掺杂在主体4,4’-二(9-咔唑)联苯中时,该有机支光二极管器件在发射波长为742 nm处实现了8.01%的最大外量子效率(EQE).     

聚集诱导延迟荧光材料及器件研究进展

热活化延迟荧光(TADF)材料无需贵金属参与即可实现单线态和三线态激子的全利用,成为了有机电致发光的研究热点.但是目前大部分TADF材料都表现出严重聚积诱导发光猝灭现象,这对其应用和发展不利.聚集诱导延迟荧光材料作为一种新型TADF材料,具有独特的聚集诱导荧光增强现象引起科研工作者极大兴趣.基于聚集诱导延迟荧光材料分子设计及其光物理性能和器件研究具有重要意义.将依据不同电子受体单元,对聚集诱导延迟荧光材料的发光原理、设计策略及其有机发光器件的最新进展进行简要综述,并对其发展做出展望.