大連理工大學(xué)劉迪課題組報(bào)道了一種通過在p橋引入氰基提高分子熒光量子產(chǎn)率（PLQY）并促進(jìn)反系間竄越 (RISC) 過程的策略。與p橋引入甲基的分子相比，ΔEST減小且PLQY增加，顯著提高了電致發(fā)光器件的效率。
第三代熱活化延遲熒光（thermally-activated delayed fluorescence，TADF）材料兼具激子利用率高和無貴金屬的特點(diǎn)，TADF 材料的 S1 和 T1 之間的能極差很小，在環(huán)境熱量的作用下，T1 態(tài)激子可以通過RISC 到達(dá) S1 態(tài)，再由 S1 態(tài)輻射躍遷發(fā)光，其理論內(nèi)量子效率也可達(dá)到100%，并且不含貴金屬，不僅極大地提高了發(fā)光效率，還可以大大降低器件的成本，是目前 OLED 發(fā)光材料的熱點(diǎn)研究對(duì)象。
高效的TADF分子需要較高的反系間竄越常數(shù)（kRISC）和較高的PLQY。傳統(tǒng)的分子設(shè)計(jì)策略中通過設(shè)計(jì)高度扭曲的 D-A 或 D-p-A 分子結(jié)構(gòu)來促進(jìn)最高占據(jù)分子軌道 (HOMO) 和最低未占據(jù)分子軌道 (LUMO) 的空間分離來獲得較小的 ΔEST；而提高PLQY需要HOMO 和 LUMO充分的重疊。因此權(quán)衡兩者的關(guān)系是TADF材料分子設(shè)計(jì)的一個(gè)挑戰(zhàn)。
為解決這一問題，劉迪課題組在連接給體和受體的p橋上引入氰基基團(tuán)，設(shè)計(jì)并合成了新分子TrzBuCz-CN。與引入甲基的參比分子TrzBuCz-Me相比，氰基的引入不僅提高了PLQY，而且還降低了ΔEST。這兩個(gè)因素是形成高效TADF分子的關(guān)鍵因素。因?yàn)槿彪娮覥N基團(tuán)降低了S1態(tài)能量，但對(duì)T1態(tài)能量影響較小，故減小了ΔEST（0.21 eV）（在摻雜薄膜中）；氰基基團(tuán)的強(qiáng)吸電子基團(tuán)增強(qiáng)了分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移程度，提高了kRISC （TrzBuCz Me 為 6.8×104 s-1 ，而 TrzBuCz Me 為 1.2×103 s-1 ）。同時(shí)，由于氰基基團(tuán)與甲基相比體積較小，導(dǎo)致給受體之間扭曲程度變小， HOMO-LUMO 重疊增加，故輻射躍遷速率常數(shù)（kr）顯著增大，最終PLQY陡增至94.0%，而從甲基取代分子則僅有41%。 得益于較快的RISC過程和較高的PLQY，TrzBuCz-CN基天藍(lán)光OLED的最大電流效率 (CE)、功率效率 (PE) 和 EQE分別為 31.0 cdA-1 、26.3 lmW-1 和 13.7%，均明顯高于參比分子TrzBuCzMe。本工作針對(duì)TICT型TADF材料很難平衡 ΔEST 和kr之間關(guān)系的問題，通過CN基修飾 p 橋同時(shí)加速RISC過程和輻射躍遷過程，為實(shí)現(xiàn)高效天藍(lán)光OLED提供了可行的設(shè)計(jì)策略。 論文信息 Cyano Decoration of π-Bridge to Boost Photoluminescence and Electroluminescence Quantum Yields of Triazine/Carbazole Based Blue TADF Emitter Huiting Li, Huicai Ren, Jiahui Wang, Prof Di Liu, Prof Jiuyan Li Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202303169
