蓝色热活化延迟荧光材料的设计、合成及电致发光性质

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:geoffreywan
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全有机砌块构建的热活化延迟荧光(TADF)型发光材料,可以让最低三重态激发态(T1)激子经反系间窜越(RISC)过程转变为最低激发单重态(S1)激子而发出延迟荧光,实现100%的激子利用率。然而,蓝光TADF材料仍面临一系列问题,如:大的单-三重态能隙(ΔEST)、较低的反系间窜越速率常数(KRISC)、不理想的蓝光色纯度等。本文主要对传统的给、受体进行改造,使得新材料能在上述方面有所改善。咔唑具有较弱的给电子能力,适合作为给体构建蓝光TADF分子。但以咔唑为给体的蓝光分子由于较弱的电荷转移(ICT)及较大的ΔEST,往往很难实现TADF性质。因此,许多研究在咔唑1-位引入给电子性位阻基团,通过增强ICT或促进前线轨道分离来减小ΔEST,实现TADF性质,然而随电荷转移增强,分子发光峰不可避免红移,破坏了蓝光的色纯度。本论文在咔唑1-位引入吡啶或氰基设计了两个新给体3,6-二叔丁基-1-(吡啶-3-基)-9H咔唑(Py Bu Cz)和3,6-二叔丁基-1-氰基-9H-咔唑(CNBu Cz)并构建TADF分子。吡啶、氰基不仅充当空间位阻作用来促使前线轨道分离,还减弱分子ICT使得发光蓝移。以Py Bu Cz为给体的发光分子,不仅实现了TADF性质,Py Bu Cz给体内部观察到的特有电荷转移三重态(~3CTD)还因充当能量中间态而促进多通道RISC过程,显著提高KRISC,故Py Bu Cz-TRZ的OLED不仅发射纯蓝光,且将外量子效率EQE提高至15.3%。然而,当咔唑1-位取代基吸电子能力过强时,例如氰基,则大幅度减弱给体强度,基于CNBu Cz为给体的分子失去了TADF性质。这是首次在咔唑1-位引入吸电子基团作为给体来构建TADF分子,有望普遍用于设计纯蓝光TADF材料。基于传统受体二苯基硫砜(DPS)的发光分子具有严重的振动弛豫和非辐射跃迁、较差的辐射跃迁速率和荧光量子产率。但研究表明使用刚性受体,如9,9-二甲基-9H-噻吨-10,10-二氧化物(DMSFDO),可以改善这些性能。本文使用DMSFDO为受体,并沿用上述给体Py Bu Cz和CNBu Cz,设计了两个发射紫外光的分子Py Bu Cz-DMSFDO和CNBu Cz-DMSFDO。但受限于过弱的ICT,它们可能并不具备TADF性质。因此,为了增强ICT,实现TADF性质,在DPS和DMSFDO的基础上,本文设计了新受体N-氰基二苯基亚砜亚胺(SFCN)和N-氰基-9,9-二甲基-9H-二苯基亚砜亚胺(DMSFCN)。并将新受体SFCN和DMSFCN分别连接给体3,6-二叔丁基咔唑(Bu Cz)、3,6-二苯基咔唑(Ph Cz)和9,9-二甲基-9,10-二氢吖啶(DMAC)构建了一系列TADF分子。在室温,尤其在低温时,DMAC-SFCN和DMAC-DMSFCN能够检测到高能量的电荷转移态的发射,理论计算和实验验证了其可能的发光机理,RISC和更有效的高能级之间的反系间窜越(h RISC)过程都能发生在振动耦合受抑制的分子中。这将更有利于蓝光分子获得高色纯度和高效的蓝光TADF材料。
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