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.     

分子筛限域碳点实现超长寿命热活化延迟荧光

正热活化延迟荧光(TADF)材料由于其较小的单重态-三重态能级差(ΔEST),三重态可通过反系间窜跃转向单重态而发出延迟荧光,从而获得潜在的高荧光量子效率。这类材料独特的发光性能使其在光电器件、生物成像、传感等应用方面展现出优势~(1,2)。但目前报道的TADF材料主要集中于纯有机材料和有机金属络合物,其延迟荧光寿命     

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。     

3,6-二(蒽醌-2-乙烯基)-N-乙基咔唑的合成及光谱性质研究

利用N-乙基咔唑和2-甲基蒽醌合成了一种A-π-D-π-A分子内电荷转移型化合物3,6-二(蒽醌-2-乙烯基)-N-乙基咔唑,并对该化合物的光化学和光物理行为进行了研究。荧光光谱表明,该化合物的发光行为对溶剂的极性非常敏感,随着溶剂极性的增大,其荧光最大发射峰有明显红移,并在强极性溶剂乙腈中出现了双荧光现象。该化合物的激发态和基态的偶极矩差值△μ为3.014D,发生了从给体(咔唑基)的N原子到分子两端受体(蒽醌)的羰基的分子内电荷转移。     

有机分子三重激发态的调控与应用

对近期有机分子三重激发态调控的研究进展进行了总结评述。控制分子的三重激发态性质,可以制备多种具有新颖性质的分子,如用于可激活光动力治疗(PDT)的光敏剂、磷光分子探针与生物标识试剂,以及可控的三重态湮灭上转换等。但目前对三重态控制方面的研究相对较少,其中的规律也很不明确。近期有文献陆续报道了使用超分子方法和共价修饰法进行的三重态调控,利用的光物理过程有单重态能量转移、三重态能量转移、电子转移等等。现有研究结果表明,三重态的调控规律与单重态的调控规律有所不同,例如:发色团的单重激发态(荧光)往往可以被光诱导电子转移(PET)所猝灭,但是在多个例子中已发现,相同发色团的三重态并不能被PET所猝灭。本文总结的研究结果及所作的分析,将对该领域的分子结构设计及后续研究起到一定的促进作用。     

一种电荷转移型咔唑苯腙衍生物的合成及其发光行为

合成了具有强电子给体和拉电子能力基团的新化合物:9-乙基-3.-咔唑亚甲基-(2,4-二硝基)苯腙,研究了其光谱性质和光物理行为.结果表明,化合物在溶液中,随着溶剂极性的增大,发生了分子内电子转移,激发态和基态的偶极矩差值(μE-μG)为4.530 D,并在强极性溶剂中出现了有趣的双荧光发射.随着其浓度增大,会形成二聚或多聚体,荧光发射发生红移.     

极性敏感的BDP分子溶剂化效应的光谱性质

合成了具有分子内电荷转移(ICT)性质的三重态光敏剂分子BDP, 研究了其稳态吸收光谱、 荧光光谱、 荧光寿命、 飞秒/纳秒瞬态吸收光谱及诱导产生单线态氧的能力等性质, 发现强极性溶剂对BDP分子的溶剂化效应降低了其ICT态和第一激发三重态(T₁态)的能量, 从而降低了BDP分子单线态氧的产量.     

β-环糊精和十六烷基三甲基溴化铵混合介质中对二甲氨基苯甲醛的分子内扭转电荷转移

分子内扭转电荷转移(TICT)荧光体通常具有典型的双重荧光发射,其中短波荧光带(b带)对应正常激发态,长波荧光带(a带)对应TICT激发态。由于TICT态涉及一个完整的电荷转移,具有较大的偶极矩,其荧光发射体现出明显的溶剂极性相关性,因此适于作为一种新的荧光探针。前文已报道用对二甲氨基苯甲醛(DMABA)的TICT荧光性质研究β-环糊精(β-CD)和胶束的微环境效应。本文利用DMABA的TICT荧光性质研究了β-CD和十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)混合介质的性质,旨在阐明二者相互作用的特征。     

锌卟啉的轴向配位对其激发态光物理性质的影响

采用稳态吸收光谱、荧光光谱及皮秒时间分辨荧光光谱技术研究了轴向配体4-N,N-二甲氨基吡啶(DMAP)对5,10,15,20-四(对甲氧基苯基)锌卟啉(Zn(p-OCH₃)TPP)的第一单重激发态(S₁态)和第二单重激发态(S₂态)的荧光特性的影响, 观测到源于S₁态高振动能级的热荧光, 并发现轴向配体的引入导致卟啉分子: (1) S₁态热荧光寿命缩短, 相对含量增加; (2) S₁态荧光寿命缩短. 对轴向配体引起的上述电子激发态性质变化的机理进行了探讨.     

溶剂效应和取代基效应对2-(2-氨基苯基)苯并噻唑光谱性质及激发态分子内质子转移的影响

合成了多种2-(2-氨基苯基)苯并噻唑(APBT)氨基氢原子被供电子及吸电子基团取代的衍生物, 并用紫外光谱﹑荧光光谱等方法和密度泛函理论(DFT)计算研究了溶剂效应和取代基效应对衍生物的光谱性质及激发态分子内质子转移(ESIPT)的影响规律. 结果表明, 相比于非极性溶剂环己烷, 随溶剂极性的增加及APBT-溶剂分子间氢键的形成, APBT的紫外-可见最大吸收峰和荧光最大发射峰均发生了一定程度的红移, 并对APBT的ESIPT产生了影响. 在APBT分子的氨基氮原子上引入不同的吸电子或斥电子取代基, 对氮原子的电荷性质有较大的影响. 在环己烷溶剂中, 甲基取代后的APBT仅有单重荧光发射峰, 体系未发生ESIPT过程; 而COCH₂Cl等吸电子基团能促进APBT的ESIPT, 其荧光发射光谱出现了明显的双重峰, 表明体系发生了激发态分子内质子转移反应. 量子化学的理论计算较好地验证了光谱实验结果.     

三重态发光材料Cu4掺杂的PVK发光器件及特殊的发光增强机理研究

多种有机发光材料已被应用于电致发光（EL）器件的制备,其荧光效率远比无机发光材料高。与光激发直接产生单重态洋鬼子不同,电致发光过程是电子空穴分别由相反极性的电极注入（非成对电子注入）,三重态和单重态激子同时生成,按自旋统计理论预测,三重态和单重态子的比例为3：1。由于三重态的跃迁是自旋禁阻的,大部分有机分子的三重态激子发光效率极低,有机电致发光器件的最高交率限制在25％（对于光致发光效率100％的理想情况）。为进一步提高器件效率,人们开始设想和实施对通常认为是无效激发的75％的三重激发态进行利用,其关键是筛选出适于器件应用的高效率三重态发光材料,据此我们选择过渡金属配合物Cu4(C≡CPh4)4L2[L=1,8-bis9diphenyl phosphino)-3,6-dioxaoctane]（以下简称Cu4）进行了器件性能研究。     

用能量转移探测萘-蒽二元分子体系的构象变化

合成了一个带有末端取代的能量给体-萘和能量受体-蒽的开链冠醚（DSA）.吸收光谱表明两个发色团之间在基态时没有相互作用.选择性激发萘观察到萘的荧光强度下降, 同时伴随着蒽的发射增强, 表明发生了从萘至蒽的单重态-单重态能量转移.能量转移效率受溶剂极性的影响.可以认为在极性小的溶剂如苯中－OCH2CH2O－单元中的中心C－C键主要以反式存在,而在极性大的溶剂如乙腈中则以邻交叉式为主.因此,开链冠醚末端取代的萘和蒽之间的距离随着溶剂极性的增大,能量转移效率却随之降低.表明能量转移可以用于探测以柔性配体键连接的给体-受体体系在不同极性溶剂中的构象变化特性.     

三苯胺衍生物光物理性质的研究

研究了4-醛基-三苯胺(kTA)和4,4′-二醛基-三苯胺(BTA)的光谱性质。由于这两种化合物的共轭体系中既有电子给体(胺基)又有电子受体(醛基),它们在激发态发生分子内扭曲的电荷转移(TICT)。通过对FTA和BTA的荧光发射的溶剂效应、温度效应、粘度效应以及低温77K荧光的研究,发现FTA和BTA在极性溶剂中的荧光发射谱带中包含了光诱导电荷转移(ICT)和TICT(A带)2个组分,而在非极性溶剂中只有ICT带(B带),并讨论环境对TICT态的影响。另外,荧光猝灭方法也证实了这一点。     

SiCS分子结构及其稳定性的理论研究

采用DFT,QCISD及CCSD(T)方法对单重态、三重态SiCS的分子体系势能面进行理论计算,在QCISD/6-311G(d)水平上得到由3个过渡态连接的5个稳定构型.经动力学及热力学分析均是稳定的三重态线型分子SiCS(³1)、单重态线型分子SiCS(¹1)以及单重态的环状分子cSiCS(¹2).     

敏化型电致发光器件原理与技术

近年来,高性能荧光有机电致发光器件(FOLEDs)的开发受到了广泛关注。由于荧光材料仅能利用25%的单重态激子辐射发光,FOLEDs的外量子效率(EQE)理论极限为5%。通过能量转移,充分利用主体分子的单重态与三重态激子敏化荧光客体发光,可以提高激子利用率。目前敏化型FOLEDs(SFOLEDs)的最高EQE已达26.1%。本文详细介绍了SFOLEDs的敏化原理和机制,并根据敏化机制的不同,系统地总结了热活化延迟荧光敏化、激基复合物敏化、三重态湮灭敏化和局域电荷转移杂化激发态(HLCT)敏化等各类SFOLEDs的材料与器件结构特点及其研究进展。最后本综述对该类器件的研究前景进行了展望,期待吸引更多专业的研究人员的研究兴趣,进而推动该领域的发展。     

1,5-二苯基-3-联苯基-2-吡唑啉的荧光光谱行为研究

吡唑啉衍生物具有优异的空穴传输性能和光致发光性能。本文采用荧光光谱法研究了化合物1,5-二苯基-3-联苯基-2-吡唑啉(DBP)的荧光光谱行为。DBP有较强的荧光发射,其光谱行为受溶剂极性和酸度影响显著。随着溶剂极性增加,DBP的荧光发射峰明显红移,其激发态与基态的偶极矩差值增大,发生了分子内电荷转移。在强酸性条件下,DBP的荧光被显著猝灭,量子产率降低。另外,受体分子芴酮或三硝基芴酮能有效猝灭DBP的荧光,其猝灭机理为动态猝灭,两者发生了较强的分子间光诱导电荷转移。DBP与三硝基芴酮间的电荷转移作用明显大于芴酮。     

正己烷中对二烷基氨基苯甲酸的分子内电荷转移双重荧光

在非极性溶剂正己烷中,观察到了系列对二烷基氨基苯甲酸的双重荧光.皮秒激光诱导时间分辨荧光和溶剂极性效应研究证实:该双重荧光系由于激发态分子内电荷转移过程形成的电荷转移态和局部激发态所发射.超快反应动力学研究表明:在非极性溶剂中,对二烷基氨基苯甲酸分子内电荷转移过程是由较低的反应活化能所致.     

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.     

双氰基二苯代乙烯型双光子荧光环境敏感探针

构建了一个衍生于双氰基二苯代乙烯的具有推-拉电子结构的环境敏感探针(SP), 该探针可作为将溶剂生色与分子转子特性结合起来的一个典型范例. SP探针的最大发射波长随溶剂极性的增加而显著增大, 归根于激发态分子转化为一个或多个扭转分子内电荷迁移(TICT)态, 极性溶剂更有利于电荷分离态分子的稳定. 在TICT态, 分子的荧光量子产率强烈地依赖于溶剂的极性、 黏度与温度. SP探针显示了很宽的溶剂生色范围, 在环己烷和二甲亚砜中的最大发射波长(λ_em)分别为445和641 nm, 相差196 nm, 能用于溶剂极性、 溶剂种类、 黏度与温度的检测识别. SP探针在环己烷和N,N-二甲基甲酰胺中的双光子吸收截面分别为5560和130 GM, 远高于同类双光子荧光探针; 其超大的斯托克斯位移(232 nm)可显著降低吸收谱对荧光的干扰, 显示出优良的检测成像性能, 可用于细胞黏度实时动态显微成像.     

溶液加工型自主体热活化延迟荧光材料的研究进展

十年来,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)材料备受学术界和产业界的广泛关注. TADF分子由于单重态与三重态之间的能级差较小,当受到环境热激活时,三重态激子可以通过反系间窜越转化为单重态,从理论上讲,可以实现100%的激子利用率.这一特性使得OLED器件外量子效率显著提高.溶液加工法具有成本低、方法简单、材料利用率高、可大面积生产等优势,是柔性及印刷OLED器件制备工艺的理想候选.具有良好的电荷传输能力的主体材料能有效降低激子密度和促进能量高效传递.利用自主体TADF材料制备的溶液加工型器件能有效平衡载流子传输和提升器件性能,同时在使用过程中可避免相分离,保持薄膜的均匀性和提高器件的稳定性.本综述总结了溶液加工型自主体TADF材料的研究进展.首先介绍了TADF材料的基本原理和研究意义,强调了溶液加工型自主体TADF材料在显示器件和照明器件等方面的应用潜力.然后详细讨论了溶液加工型自主体TADF材料的不同分...