Chem. Eur. J. :通过氰基修饰桥提高三嗪-咔唑基TADF分子的荧光量子产率

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大连理工大学刘迪课题组报道了一种通过在p桥引入氰基提高分子荧光量子产率(PLQY)并促进反系间窜越 (RISC) 过程的策略。与p桥引入甲基的分子相比,ΔEST减小且PLQY增加,显著提高了电致发光器件的效率。


第三代热活化延迟荧光(thermally-activated delayed fluorescence,TADF)材料兼具激子利用率高和无贵金属的特点,TADF 材料的 S1 和 T1 之间的能极差很小,在环境热量的作用下,T1 态激子可以通过RISC 到达 S1 态,再由 S态辐射跃迁发光,其理论内量子效率也可达到100%,并且不含贵金属,不仅极大地提高了发光效率,还可以大大降低器件的成本,是目前 OLED 发光材料的热点研究对象。


高效的TADF分子需要较高的反系间窜越常数(kRISC)和较高的PLQY。传统的分子设计策略中通过设计高度扭曲的 D-A 或 D-p-A 分子结构来促进最高占据分子轨道 (HOMO) 和最低未占据分子轨道 (LUMO) 的空间分离来获得较小的 ΔEST;而提高PLQY需要HOMO 和 LUMO充分的重叠。因此权衡两者的关系是TADF材料分子设计的一个挑战。

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为解决这一问题,刘迪课题组在连接给体和受体的p桥上引入氰基基团,设计并合成了新分子TrzBuCz-CN。与引入甲基的参比分子TrzBuCz-Me相比,氰基的引入不仅提高了PLQY,而且还降低了ΔEST。这两个因素是形成高效TADF分子的关键因素。因为缺电子CN基团降低了S1态能量,但对T1态能量影响较小,故减小了ΔEST(0.21 eV)(在掺杂薄膜中);氰基基团的强吸电子基团增强了分子内电荷转移程度,提高了kRISC (TrzBuCz Me 为 6.8×104 s-1 ,而 TrzBuCz Me 为 1.2×103 s-1 )。同时,由于氰基基团与甲基相比体积较小,导致给受体之间扭曲程度变小, HOMO-LUMO 重叠增加,故辐射跃迁速率常数(kr)显著增大,最终PLQY陡增至94.0%,而从甲基取代分子则仅有41%。


得益于较快的RISC过程和较高的PLQY,TrzBuCz-CN基天蓝光OLED的最大电流效率 (CE)、功率效率 (PE) 和 EQE分别为 31.0 cdA-1 、26.3 lmW-1 和 13.7%,均明显高于参比分子TrzBuCzMe。本工作针对TICT型TADF材料很难平衡 ΔEST 和kr之间关系的问题,通过CN基修饰 p 桥同时加速RISC过程和辐射跃迁过程,为实现高效天蓝光OLED提供了可行的设计策略。

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

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