【摘 要】
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三聚吲哚是将三个经典电子给体咔唑单元通过共用一个苯环稠并形成的多环芳烃结构单元,它具有比咔唑更强的给电子能力,更大的π共轭平面结构。同时,三聚吲哚还具有较宽的光学带隙,良好的空穴迁移率以及与PEDOT:PSS接近的最高占据分子轨道(HOMO)能级。这些特点使得三聚吲哚不仅可以作为电子给体单元构建热活化延迟荧光(TADF)材料,而且可以用于构建电致发光器件的主体材料。然而,目前报道的三聚吲哚类TAD
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三聚吲哚是将三个经典电子给体咔唑单元通过共用一个苯环稠并形成的多环芳烃结构单元,它具有比咔唑更强的给电子能力,更大的π共轭平面结构。同时,三聚吲哚还具有较宽的光学带隙,良好的空穴迁移率以及与PEDOT:PSS接近的最高占据分子轨道(HOMO)能级。这些特点使得三聚吲哚不仅可以作为电子给体单元构建热活化延迟荧光(TADF)材料,而且可以用于构建电致发光器件的主体材料。然而,目前报道的三聚吲哚类TADF材料大多为用于蒸镀型电致发光器件的蓝、绿光材料,深蓝光和红光TADF材料相对较少,基于三聚吲哚的主体材料更是鲜有报道。本论文以三聚吲哚为基本单元,设计合成了基于三聚吲哚衍生物的可溶液加工的绿光、红光和深蓝光TADF材料以及主体材料,并构建了溶液加工型电致发光器件。主要工作内容如下:(1)基于三聚吲哚具有的强给电子能力,以三聚吲哚为电子给体,通过改变二苯甲酮电子受体数目,设计合成了两个绿光TADF分子TAT-BP和TAT-2BP。两个分子表现出绿光发射,明显的TADF效应以及短的延迟荧光寿命(0.79和0.54μs)。基于TAT-BP的非掺杂型器件最大外量子效率(EQE)为6.4%,在1000 cd m-2亮度下效率滚降为10.9%。基于TAT-2BP的非掺杂型器件的最大EQE为9.8%,在1000 cdm-2亮度下效率滚降仅为1.0%。以三聚吲哚为电子给体,以菲并喹喔啉及二氟代菲并喹喔啉为电子受体,设计合成了两个具有给体-受体-给体结构的红光TADF材料TAT-DBPZ和TAT-FDBPZ。由于更强的分子内电荷转移作用,二者表现出红光发射以及明显的TADF效应,而且,膜态荧光量子产率(PLQY)高达76%。以TAT-DBPZ为发光材料的电致发光器件的最大EQE为15.4%,发射峰位为604 nm,色坐标为(0.56,0.44)。以TAT-FDBPZ为发光材料的器件最大EQE为9.2%,发射峰位为611 nm,色坐标为(0.58,0.41)。(2)通过在二苯基取代三聚吲哚中引入两个二苯基亚甲基桥连单元构筑了具有分子内锁定结构的稠环电子给体单元(FTAT),结合甲基(MBO)、氢(HBO)、氟取代(FBO)的刚性氧桥连硼受体,设计合成了一系列蓝光TADF材料(FTAT-MBO、FTAT-HBO、FTAT-FBO),并应用于溶液加工型电致发光器件中。相比于未锁定的二苯基取代三聚吲哚给体单元,FTAT具有更深的HOMO能级(-5.25 eV),以及更强的分子刚性,同时FTAT保持了较高的最低三线态(T1)能级。三个TADF分子均表现出蓝光发射,发射峰分别位于449,452和483 nm,半峰宽分别为54,56和64nm。基于FTAT-MBO和FTAT-HBO的深蓝光电致发光器件最大EQE分别为10.2%和11.4%,发射峰位分别为445和458 nm,色坐标分别为(0.15,0.08)和(0.15,0.12)。由于 FTAT-FBO 具有最高的 PLQY(90%)和最短的延迟荧光寿命(1.8 μs),基于FTAT-FBO的天蓝光器件最大EQE达到17.5%,发射峰位于473 nm,色坐标为(0.15,0.25)。(3)基于三聚吲哚宽的光学带隙以及高的T1能级,通过在三苯基取代三聚吲哚(TAT-3Ph)结构中分别引入一到三个二苯基亚甲基桥连单元,设计合成了三个具有分子内锁定结构的稠环三聚吲哚主体材料1FTAT-2Ph、2FTAT-1Ph和3FTAT。相比于TAT-3Ph,二苯基亚甲基桥连单元的引入不仅可以增强分子刚性,提高主体分子的发光性能,而且可以增大分子间距离,更利于抑制三线态激子的聚集淬灭。三个分子具有较高的T1能级(≈2.8 eV),PLQY均超过30%,明显高于TAT-3Ph(25.3%)。与溶液加工型器件中常用的主体材料4,4’-N,N’-二咔唑基联苯(CBP)相比,三个主体分子较高的HOMO能级(-5.2~-5.3 eV),与ITO/PEDOT:PSS的能级更加匹配,可以有效降低电致发光器件的空穴注入势垒和启亮电压。1FTAT-2Ph、2FTAT-1Ph和3FTAT作为主体分子都应用于组装溶液加工型电致发光器件,其中以2FTAT-1Ph为主体的电致发光器件实现了最优的器件性能,启亮电压为2.8V,最大EQE达到20.9%,最大功率效率达到72.71m W-1。
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