三种热活化延迟荧光分子单三态能隙差的理论研究

基于两个实验报道的热活化延迟荧光(TADF)分子(DPO-TXO2和DDMA-TXO2),通过改变供体基团,理论设计出一种新分子DPPA-TXO2.采用半经典的Marcus理论表达式,以及密度泛函理论和含时密度泛函理论,研究了改变这三个分子供体单元对其TADF机制的影响.研究结果表明,这三个分子的单三态能隙差都极小,仅为0.01或0.02 eV,这确保了从三重态到单重态的反系间窜跃过程的顺利进行.此外,理论预测的DPO-TXO2分子的反系间窜跃速率为5.67×10~5 s~(-1),跟实验测量值(1.04×10~6 s~(-1))非常吻合,并能够与其辐射失活速率(2.79×10~5 s~(-1))竞争.值得注意的是,新设计的DPPA-TXO2分子的反系间窜跃速率也达到了10~3数量级,是一个潜在的TADF发光体.     

热激活延迟荧光材料的光物理行为及性能预测

热激活延迟荧光(Thermally activated delayed fluorescence, TADF)材料由于三线态激子可通过反系间窜越(Reverse intersystem crossing, RISC)转换为单线态激子,在有机发光二极管(Organic light-emitting diodes, OLEDs)中理论上可达到100%的激子利用率而被广泛关注。但实验上开发设计高性能TADF材料较为复杂且研究周期较长,理论研究可以从本质上建立材料结构-性能的关系,预测材料的性质并提供一定的分子设计策略。本文围绕高性能TADF材料的开发,从发光原理出发,系统阐述了分子的设计策略及光物理参数如材料单-三线态能级差(Single-triplet energy gap,ΔE_ST)、系间/反系间窜越速率、吸收/发射光谱、辐射/非辐射速率等的计算原理、计算方法和研究进展。最后我们探讨了TADF材料理论研究面临的机遇和挑战,通过对TADF材料的理论研究综述和研究前景的展望,期待吸引更多的研究工作者,推动该领域的发展和突破。     

热延迟荧光(TADF)光敏剂的设计合成及其光催化脱卤反应性能研究

以提高光催化效率为目的,设计并合成了一种三咔唑基苯二腈类的热延迟荧光(TADF)光催化剂,建立了在室温下光诱导的芳基卤代物的脱卤反应体系,以TADF为光催化剂,二硫醚为氢转移催化剂,不同的有机卤化物(包括C—Br键和C—Cl键)都可以实现脱卤,且能得到中等至优异的产量.相较于热延迟荧光材料的代表2,4,5,6-四(9H-咔唑-9-基)异酞腈(4CzIPN),设计合成的4-(N,N-二甲氨基)-3,5,6-三(9-咔唑基)邻苯二腈(3Cz DMAPN)具有更高催化效率和专一性.     

以1,3-茚二酮为电子受体的热激活延迟荧光分子的合成及其在有机发光二极管中的应用

本文设计合成了一种新型电子受体2,2-二甲基-1,3-茚二酮,并将其应用于热激活延迟荧光(TADF)分子的设计中,合成了一系列具有不同发光性能的TADF分子:5-二甲基吖啶基-2,2-二甲基-1,3-茚二酮(IDYD),5-吩噁嗪基-2,2-二甲基-1,3-茚二酮(IDPXZ)和5,6-二吩噁嗪基-2,2-二甲基-1,3-茚二酮(ID2PXZ)。以IDYD为客体掺杂制备得到蓝光OLED器件,其CIE值为(0.27,0.31),最大外量子效率(EQE)为2.13%。以IDPXZ为客体掺杂得到橙光OLED器件,其CIE值为(0.43,0.53),EQE为1.31%。以ID2PXZ为客体掺杂得到黄光OLED器件,其CIE值为(0.41,0.54),EQE为2.55%。上述结果证明了以2,2-二甲基-1,3-茚二酮为电子受体可以得到不同发光颜色的TADF分子,并在全色OLED器件中具有一定应用前景。     

采用聚合物基质材料的热激活延迟荧光及其敏化器件

报道了基于热激活延迟荧光材料2, 4, 5, 6-四(9-咔唑基)-间苯二腈(4CzIPN),聚合物聚(9-乙烯基咔唑)(PVK)和小分子材料2, 2'-(1, 3-苯基)二[5-(4-叔丁基苯基)-1, 3, 4-噁二唑](OXD-7)为共主体材料的发光器件,器件的外量子效率达到13%;进一步研究4CzIPN敏化5, 6, 11, 12-四苯基并四苯(Rubrene)的器件,外量子效率达到9.2%,为未掺杂4CzIPN器件的5.4倍。通过瞬态光谱测量证实敏化器件的发光机制为F?rster能量转移,并探讨了Rubrene浓度和载流子平衡对器件发光特性的影响,推测Rubrene自聚集是限制敏化器件效率的内在原因。     

氮杂环配体对卤化亚铜配合物发光机制影响的理论研究

为深入探讨卤化亚铜配合物的发光机制，运用密度泛函理论和含时密度泛函理论的计算方法研究了三个结构相似的溴化亚铜配合物(CuBr-py、CuBr-iq、CuBr-nap)。研究结果表明，CuBr-py和CuBr-nap,电子和空穴重叠程度小，导致其ΔE_ST较小；S₁与T₁间的重组能较小，使其可快速地完成反系间窜越过程，实现热活化延迟荧光(TADF)。此外，与CuBr-nap相比，CuBr-py自旋轨道耦合作用强，其磷光速率也较大，因此其具有TADF和磷光双通道发光特性。而CuBr-iq中喹啉环的存在增大了电子和空穴的重叠程度，ΔE_ST增大；同时S₁与T₁间的重组能较大，T₁无法顺利通过RISC过程回到S₁,导致其最终呈现出磷光特性。这些理论计算结果与实验现象一致，且揭示了N杂环配体结构对于卤化亚铜配合物发光机制的影响规律，为设计和合成稳定高效的发光材料提供了有价值的理论指导。     

蓝光热激活延迟荧光分子设计策略概述

热激活延迟荧光（thermally activated delayed fluorescence,TADF）分子由于三重态上的激子可以通过反向系间窜越到单重态并辐射发出荧光，因此在有机发光二极管（organic lightemitting diode, OLED）中理论上可以实现100%的激子利用率。具有TADF特性的发光材料融合了第一代荧光材料和第二代磷光材料的优点，不仅可以实现100%的内量子效率，还有助于降低器件的材料成本，被誉为第三代OLED发光材料，并成为突破高效稳定蓝光OLED瓶颈的潜在解决方案。本文从发光机理出发，系统阐述了高效稳定蓝光TADF分子的设计策略，包括高荧光量子产率、短延迟荧光寿命、窄发射光谱半峰宽、显著的水平分子取向和良好的光电稳定性等。本文旨在为高性能蓝光TADF分子的开发提供理论支持。最后，总结了当前蓝光TADF材料存在的问题，并对其未来的发展前景进行了展望。     

甲基修饰的咔唑/二苯砜基AIE-TADF蓝光材料及其OLED器件

以四甲基咔唑为电子给体(D)、 二苯砜为电子受体(A)构建了具有D-A-D结构的纯有机咔唑/二苯砜衍生物——9,9'-[磺酰基双(3,1-亚苯基)]双(1,3,6,8-四甲基-9H-咔唑)(TMe-mSOCz). 对所合成材料的光物理性能研究表明, TMe-mSOCz表现出明显的聚集诱导发射(AIE)和热激活延迟荧光(TADF), 延迟寿命和延迟荧光占比分别为2.26 μs和47.7%, 并具有良好的电化学稳定性和热稳定性. 基于TMe-mSOCz作为非掺杂发光层制备了有机发光二极管(OLED)器件, 其启亮电压(V_on)为3.5 V, 最大外量子效率为5.63%, 国际照明委员会(CIE)坐标为(0.18, 0.26). 在1000 cd/m²亮度下, 非掺杂器件的效率滚降非常小(7.1%), 色彩稳定性较好, 其具有窄的半峰宽(FWHM=72 nm). 研究结果表明, 在传统TADF分子给受体间引入甲基修饰有利于开发具有AIE特性与更高效的D-A-D型TADF分子, 这为基于AIE-TADF分子开发新型OLED器件提供了新途径.     

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.     

喹喔啉类红光热活化延迟荧光材料研究进展

红光材料是显示三基色材料之一, 具有发射能量小、穿透能力强和背景荧光干扰小等优点, 被广泛应用于全彩显示、生物传感和光动力治疗等领域. 红光材料目前存在的问题主要有: (1)跃迁能级小, 其非辐射跃迁速率快, 导致量子效率普遍较低; (2)分子共轭较大, 存在较强的π-π堆积作用, 容易导致荧光淬灭; (3)分子设计需要更大的共轭, 在分子合成上较为困难. 热活化延迟荧光(thermally activated delayed fluorescence, TADF)材料作为具有全新的发光机制的材料能够通过反向系间窜越过程利用三重态激子发射荧光, 极大地提高了量子效率, 因此, 基于TADF机制的红光材料成为了近年来人们研究的热点. 由于结构的特点, 喹喔啉及其衍生物非常适合用来构建红光TADF分子. 从喹喔啉类TADF红光材料的分子结构视角出发, 对红光TADF材料的近年来的研究进行概述, 讨论分子结构对材料性能影响, 并且对其发展进行展望.