乙醇-水团簇分子形成激基缔合物及荧光发射机理研究

紫外光照射具有特殊结构的长链式乙醇-水团簇分子时,处于激发态和基态的分子形成了分子间激基缔合物,并发射荧光.根据实验结果分析和能量转移理论可知,激发态单分子和激基缔合物间形成了电子迁移洛合物并发生了能量转移.根据Mulliken理论对电子迁移洛合物进行量子力学处理,得出了团簇分子在基态和激发态能量E^b_N和E^b_E以及由于电子迁移而引起的静电相互作用能E^s;根 关键词： 荧光光谱 激基缔合物 电子迁移 乙醇-水团簇     

芘与1,4—二氰基苯形成的三分子激基复合物

本文用稳态和瞬态荧光光谱技术研究了芘与１，４－二氰基苯体系形成三分子激基复合物的条件。测定了该体系中激基缔合物，激基复合物，三分子激基复合物的稳态荧光光谱及荧光强度随时间变化的行为和特性，测定了芘在苯溶液中的荧光衰减寿命，讨论了三分子激基复合物形成的光物理机理。     

基于激基复合物激发态的电致发光材料与器件研究进展

具有分子间电荷转移激发态特性的激基复合物(Exciplex)体系,由于前线分子轨道的分离特性——最高占有轨道(Highest occupied molecular orbital,HOMO)集中分布于给体分子上,最低空轨道(Lowest unoccupied molecular orbital,LUMO)集中分布于受体分子上,因此具有极小的单线态-三线态能级差(ΔE_st)以及热活化延迟荧光(Thermally activated delayed fluorescence,TADF)特性。因此,激基复合物体系的理论内量子效率可以达到100%。由于构建激基复合物体系的给体分子具有空穴传输特性,受体分子具有电子传输特性,因此,激基复合物体系具有平衡的载流子迁移特性,这使得激基复合物体系在作为发光层材料以及混合主体材料制备电致发光器件时具有平衡载流子迁移、扩大激子复合区域、提高器件效率以及降低效率滚降的优势。本文将讨论和总结基于激基复合物激发态体系的电致发光材料与器件基本原理、设计思路以及近期的研究进展。     

双层有机电致发光器件中多成分激发态发射

在结构为ITO/TPD(60nm)/PBD(60nm)/Al的双层器件观察到了单体发射、激基复合物发射和电荷对复合物发射.该器件和TPD∶PBD(等摩尔)混合蒸发薄膜的光致发光光谱研究表明激基复合物仅在TPD/PBD界面形成.电致发光光谱随偏置变化，反映出各激发态的不同形成机理和不同的占有比例及载流子在器件中动态复合的过程. 关键词： 电致发光 激发态发射 激基复合物 电荷对复合物     

混合发光层有机电致发光器件中的多重成分发射

以等摩尔空穴传输材料TPD和电子传输材料PBD组成结构为ITO/TPD/TPD∶PBD/PBD/Al的混合物发光层有机电致发光(EL)器件,观察到了相对于组成材料的荧光光谱红移的宽发射带。通过比较EL光谱,光致发光光谱及EL光谱分解,表明电致发光中同时包含单体发射、激基复合物和电荷对复合物的发射。激基复合物为TPD的激发态TPD*与PBD的基态相互作用形成TPD*PBD类型的复合物,电荷对复合物是带电荷的空穴传输分子(D+)的空穴和电子传输分子(A-)的电子交叉复合而形成的(D+-A-)*复合物。各激发态在电场作用下呈现不同的形成机理和复合过程,并且单体发射和激发态复合物的比例随电场而变化,导致发射光谱随电场增强而蓝移。该器件的最高亮度和最大外部量子效率分别为240 cd·(cm2)-1和0.49%。有机固态界面激基复合物或电荷对复合物的发射常出现宽的红移发射带,是调节发光颜色的有效手段。     

新型酞菁的光致发光性质研究

研究了2,3-四-(2-异丙基一5-甲基苯氧基)氢酞菁在10,77,177和300 K下石英衬底上的浇铸膜和单晶硅衬底上真空镀膜(约200 nm厚)在300 K下光致发光光谱.氢酞菁的浇铸膜光致发光光谱在上述温度下均出现荧光发射和磷光发射峰,在177和300 K下出现了1 673 nm激基缔合物峰.该峰的出现与分子抗聚集能力的强弱有关,在300 K激基缔合物峰比在177 K下的峰强,从氢酞菁分子结构特点讨论了形成激基缔合物的原因.随着温度的升高,可以观察到荧光发射峰渐渐减弱而激基缔合物峰变强.由于浇铸膜和真空镀膜的酞菁分子聚集态不同导致了斯托克司位移的差异,真空镀膜的发光峰峰值在1 140 nm左右,与酞菁浇铸膜的峰值差别较大.浇铸膜的发光峰的半高宽为300 nm,而真空镀膜发光峰的半高宽为100 nm左右.     

甲苯、萘、蒽与1.4-二氰基苯形成的激基复合物荧光光谱的研究

比较了甲苯、萘、蒽在与1.4-二氰基苯(DCB)形成激基复合物能力上的差别,估算了它们与DCB形成激基复合物的活化能分别为0.48、1.07、1.22kcak/mol。根据其荧光光谱、活化能和激发态分子电子云密度的分布,指出影响激基复合物形成的因素,除了电子电离能和电子亲和力外,还有激发态分子的电子云密度分布和分子的体积效应。在与DCB形成激基复合物的能力上应该是甲苯>萘>蒽。苯环与苯环相重叠可能是比较有利的互叠方式。     

3DTAPBP的双分子激发态——电致激基缔合物和激基复合物

研究了苯胺类化合物3DTAPBP(2,2’-二(3-二对甲苯基氨基苯基)联苯)的双分子激发态。首先,制备了3DTAPBP的单层有机发光二极管(OLED)：ITO/MoO₃/3DTAPBP/LiF/Al,其电致发光光谱中不仅含有3DTAPBP的单体激子发光(中心波长约420 nm,蓝光),还观察到电致激基缔合物的发光(峰值为578 nm, 黄光)。由单体发光和电致激基缔合物发光可以混合得到白光,如：7.0 V电压下,3DTAPBP的单层器件的色坐标为(0.36, 0.31),器件结构非常简单。不过由于单层器件中载流子注入和传输的严重不平衡,亮度和效率极低。此外,在3DTAPBP与电子传输材料TPBi(1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯)构成的双层器件(ITO/MoO₃/3DTAPBP/TPBi/LiF/Al)中,由于载流子在界面处的堆积,观察到3DTAPBP/TPBi界面处形成激基复合物发光(中心波长约490 nm),对应光子的能量和3DTAPBP与TPBi的HOMO(最高占有轨道)-LUMO(最低未占有轨道)能级差基本吻合。对双层器件的电致发光光谱进行洛伦兹分解拟合,发现随着电压的增加,激基复合物发光减弱,原因是更多的载流子越过3DTAPBP/TPBi界面势垒,相应的3DTAPBP的单体激子发光逐渐增强。4,6和8 V驱动电压下,双层器件的色坐标分别为(0.28, 0.35),(0.24, 0.29)和(0.27, 0.28),随着驱动电压的增大,发光颜色逐渐趋于白色。双层器件的最高亮度和最大电流效率分别达1 349.2 cd·m-2,1.22 cd·A-1。     

聚砜中激基缔合物的形成及紫外光辐照的影响

详细研究了芳环在主链上不含脂肪族柔性链的高分子聚砜在二氯甲烷中的荧光光谱。由荧光谱的浓度依赖关系可知聚砜在二氯甲烷中能形成分子间的激基缔台物;由极稀的聚砜的二氯甲烷溶液(5.21×10~(-7)M)的荧光谱看出没有任何种类的激基缔合物产生,但经紫外光照射会形成分子内的激基缔合物。由激基缔合物的荧光强度随温度的变化关系可得出活化能和键能分别为2.55和2.18 kcal/mol。     

PVK/BCP体系电致激基复合物的研究

在PVK/BCP双层电致发光器件中发现了电致激基复合物的发光,器件的光谱中,除了有与光致发光相同的发光峰,在长波方向还有一个新的发光峰,该发光峰就是电致激基复合物的发光,发光来源于BCP的激发态向PVK基态的跃迁。PVK∶BCP混合型器件由于复合区域扩展,BCP分子可以与PVK充分接触,因此电致激基复合物的发光更强。不论是在双层器件还是在混合型器件中,随驱动电压的增加,电致激基复合物的发光都会增强,而混合型器件更加明显,当电压比较高时,器件只有电致激基复合物的发光了,而没有本征发光。     

利用界面激基复合物发射大致估算稀土配合物LUMO能级

研究了一种利用无荧光稀土配合物与同一受体材料形成的界面激基复合物的发射来大致估算其最低未占据轨道(LUMO)能级简单方法.镥、钆、钪三种稀土配合物与星形爆炸物形成的激基复合物发射峰位分别在590,607和656 nm,与此相对应LUMO能级计算结果大致为3.0,3.06,3.21 eV.     

SiO2凝胶玻璃中联吡啶S2→S0S辐射跃迁

联吡啶以分子水平掺入SiO2凝胶玻璃中，显示出独特的光谱性质。其发射光谱除了正常的S1→S0跃迁产生的中心位于400nm的发射峰外，还出现了中心位于454nm的激基缔合物发射峰。经200℃处理后，联吡啶分子受Si-O网络刚性约束，激基缔合发射峰消失，出现了基于S2→S0辐射跃迁产生的325nm高能级发射峰。至550℃处理后，因联吡啶分子基本进入Si-O三维网络的间隙，发射光谱中只剩下振动结构明显的高能级荧光峰。上述结果为表征有机／无机复合材料微结构演变提供了荧光探针工具。     

表面单层组装多环芳烃荧光行为的Monte Carlo模拟

用MonteCarlo方法模拟了惰性基片表面单层组装多环芳烃 (传感元素 )的荧光行为 ,考察了基片表面传感元素固定化百分率、传感元素激发百分率 (光吸收效率 )以及传感元素分子在介质中相互缔合形成激基缔合物趋势大小 (用P表示 ,P值介于 0到 1)等因素对传感元素激基缔合物荧光发射强度与单体荧光发射强度之比所产生的影响 .结果表明 ,具有中等光吸收效率的多环芳烃适宜于作为传感元素 ,中等固定化密度的基片可能具有比较理想的传感性能     

TPD/PBD界面电致激基复合物几何结构和 电子结构的理论

利用第一性原理对由TPD⁺和PBD^-形成的电致激基复合物(TPD⁺PBD^-)进行基于密度泛函的能量、轨道等性质的计算。结果表明:界面处离子态的TPD⁺ 和 PBD^-更易形成处于更低能量状态的电致激基复合物。几何结构的数据分析表明:电致激基复合物(TPD⁺PBD^-)是电子从PBD^-转移至TPD⁺形成的电荷转移态;电致激基复合物的最低空轨道(LUMO)定域在电致激基复合物PBD^- 的一侧;它的最高占据轨道(HOMO)定域在电致激基复合物TPD⁺的一侧;且前线分子轨道无重叠。电致激基复合物的能隙为1.3 eV,与PBD 的LUMO到TPD的HOMO的能级差1.6 eV相近。在理论上说明了电致激基复合物的发光是从PBD的LUMO到TPD的HOMO的电子跃迁。     

使用超快拉曼光谱技术研究四极矩给体-受体-给体分子的激发态动力学

具有对称结构和四极矩性质的给体-受体-给体分子在激发态通常展现出从离域的电荷转移态向局域的电荷转移态转化的电荷重分布过程，该现象已被多种超快时间分辨光谱技术进行了大量研究. 飞秒受激拉曼光谱是一种常用的超快时间分辨光谱，该光谱可以通过检测分子内特定的振动模来研究分子激发态动力学. 本研究采用的4，4''-(1，3-丁二炔-1，4-二基)双(N，N-二(4-甲氧苯基)苯胺)含有位于中间位置的两个相邻炔基(电子受体)和对称分布在分子两侧的N，N-二(4-甲氧苯基)苯胺(电子给体). 研究发现，飞秒受激拉曼光谱能够实时观测该分子在溶剂中发生的激发态电荷重分布过程. 该结果将有助于深入研究具有相邻特征官能团的对称四极矩分子光致电荷局域/离域动力学.     

发光型主体分子胍基芘识别二羧酸根阴离子

在质子性溶剂甲醇中，发光型主体分子胍基芘通过氢键与二羧酸根阴离子结合，自组装形成2：1的主客体超分子复合物，本文采用前表面反射荧光检测，通过跟踪主体分子结合客体前后芘的激基二聚体与单体荧光强度比值的变化，研究了胍基芘对不同酸根数目，不同取代位置的苯取代羧酸盐，磺酸盐，长链二羧酸盐以及双羧基氨基酸的识别能力和识别选择性，结果表明，胍基芘对二羧酸根阴离子的识别能力与客体分子中两个羧基间的距离，分子的平面构型以及取代基的种类密切相关，1，2，4，5－苯四甲酸根的识别效果远远好于其他二羧酸根阴离子。     

10-羟基苯并喹啉激发态分子内质子转移取代基效应的理论研究

运用密度泛函(DFT)和含时密度泛函(TDDFT)计算方法研究了10-羟基苯并喹啉(HBQ)及其衍生物分子内质子转移过程,探究了取代基效应对质子转移过程的影响,研究发现,HBQ及其衍生物可以形成分子内氢键,且激发态时氢键增强.基态时各分子以醇式构型稳定存在,激发态时酮式构型为优势构象.各化合物的最大吸收峰和发射峰主要是电子从HOMO到LUMO之间的跃迁引起的.基态分子内质子转移(醇式→酮式)需要跃过较高的能垒因而难以发生,而激发态时只需跃过较低能垒就很容易发生分子内质子转移,吸电子基的引入可以使该过程的能垒降低,因此吸电子基有利于激发态质子转移.取代基效应影响化合物的光谱性质.     

TADF激基复合物主体材料提升溶液法制备蓝色荧光有机发光二极管的效率

为了提升溶液法制备的蓝色荧光有机发光二极管(OLEDs)的效率,采用了基于热激活延迟发光(TADF)的激基复合物作为主体材料。TADF激基复合物主体可以利用反向系间窜跃上转换形成单线态激子并将能量传递到客体,从而可以同时利用发光层中的三线态激子和单线态激子,以提升蓝色荧光器件的效率。选择蓝色荧光材料1-4-Di-[4-(N,N-diphenyl)amino]styryl-benzene(DSA-ph)作为客体发光材料,4,4′,4″-T-ris(carbazol-9-yl)triphenylamine(TCTA)掺杂1,3,5-Tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl)(TPBi)作为热激活延迟荧光激基复合物主体,通过溶液法制备了蓝色荧光OLEDs。通过测试TCTA,TPBi以及TCTA掺杂TPBi的光致发光光谱发现,与TCTA和TPBi相比,TCTA掺杂TPBi的光致发光谱(PL)发生了明显的红移(峰值波长变为437 nm),而且光谱变宽,证明了TCTA∶TPBi激基复合物的形成。通过对于DSA-ph掺杂激基复合物主体的薄膜与DSA-ph掺杂poly(methyl methacrylate)(PMMA)的薄膜进行PL测试发现,两者发光峰相同,都是来自DSA-ph的发光,说明激基复合物主体将能量传递到了DSA-ph;DSA-ph的吸收光谱与激基复合物主体的PL光谱存在很大重叠,说明激基复合物主体与DSA-ph的能量传递非常有效;通过对激基复合物主体掺杂不同浓度客体的薄膜进行瞬态PL衰减测试发现,与纯DSA-ph的寿命相比,DSA-ph掺杂激基复合物主体之后其寿命会延长,纯DSA-ph的寿命只有1.19 ns,DSA-ph掺杂激基复合物主体的荧光衰减曲线与激基复合物主体的荧光衰减曲线相似,这进一步证明了激基复合物主体将能量传递到了DSA-ph。研究了主体引入以及DSA-ph掺杂浓度对器件性能的影响。对于器件的亮度、电流密度、电压、电流效率、电致发光光谱等参数进行了测试,与不采用激基复合物主体的器件相比,采用激基复合物主体的器件性能明显改善,在DSA-ph掺杂浓度为10%时,器件亮度从2133.6 cd·m^-2提升到了3597.6 cd·m^-2,器件效率从1.44 cd·A-1提升到了3.15 cd·A-1,发光峰只有来自DSA-ph的发光。采用TADF激基复合物主体的方法有潜力实现溶液法制备的高效蓝色荧光OLEDs。     

乙醇-水团簇分子发射荧光的机理研究

利用含时密度泛函理论分别计算了乙醇分子、水分子、以及乙醇和水形成的新团簇分子的基态和激发态能级,得出了各自吸收光能量和光波长的理论极限值;利用分析化学的理论分析了链式的乙醇-水团簇分子的特殊结构,得到了基态团簇分子间形成碰撞复合物的结论;利用量子力学的态叠加原理和量子化学的轨道理论,并结合Hckel近似对该复合物的能级和对应波函数进行了计算和推导,从而解释了乙醇-水溶液能吸收较长波长的光并发射荧光的机理.     

聚电解质诱导的硫代黄素 T 激基缔合物及其对温度的荧光比率传感

研究了在水溶液中阴离子聚电解质聚苯乙烯磺酸钠(PSS)对阳离子型染料硫代黄素T(ThT)荧光光谱的影响,并考察了PSS存在下,ThT在水溶液中所形成激基缔合物的影响因素。实验证明,通过静电吸引作用,PSS可以增加ThT的局部浓度,从而显著地促进ThT激基缔合物的形成;ThT单体及其激基缔合物荧光强度(IM及IE)随温度的变化发生有规律的变化,ln(IE/IM)与1/T有较好的线性关系,据此可建立一种新型的对温度敏感的可裸眼识别的荧光比率传感,该传感可有效地消除激发光强度的不稳定性和光强漂移等环境因素的影响,提高了识别的准确度。