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Angew. Chem. :调控刚性杂芳环化合物的分子内堆叠实现高效深蓝光空间电荷转移发射2022-10-10
热激活延迟荧光(TADF)材料由于无需借助贵金属元素即可实现100%内量子效率而受到了广泛关注,并被视为第三代有机发光二极管(Organic light-emitting diodes,OLEDs)材料。随着科技的飞速进步,人们对广色域超高清显示装置、柔性可穿戴设备等事物的需求日益增长。显示超高清化已成为必然的发展趋势,高色纯度OLEDs材料的发展也因此备受瞩目。

然而,TADF材料受限于其电荷转移态(CT)发光的固有特性,除却少量具有多重共振特性的TADF材料,高色纯度尤其是超纯蓝光(国际照明委员会CIEy<0.1)TADF材料仍鲜有报道。近年来,由于结构上的空间分割阻断了发光单元中电子给体与电子受体之间的共轭效应,空间电荷转移(TSCT)材料表现出设计超纯蓝光OLEDs材料的优势与潜力。但是,构建超纯蓝光TSCT-TADF材料仍极具挑战性,需要同步调节足够宽的能级带隙、足够强的供体/受体空间相互作用、足够小的斯托克斯位移和半峰宽等诸多因素。相关的超纯蓝光材料仍未有报道。

近日,北京化工大学的闫寿科、任忠杰教授团队通过控制刚性杂芳环化合物的分子内堆叠,开发了一种易于使用且直接的超纯蓝光TSCT-TADF材料设计方法。

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结合光致发光、单晶解析与基于单晶结构的DFT理论模拟与计算结果,对分子内刚性杂芳烃堆叠化合物发光光谱规律性蓝移与光谱窄化进行了具体分析。共价键桥联修饰给体氮杂环骨架后,给体杂环的旋转与振动得到了强烈的抑制,其结构两侧高度分裂的弱力环境引起明显的分子内张力,致使结构刚性不断增加,分子的最高占据分子轨道(HOMO)能级也依次降低。更重要的是,逐渐平面化的给体还将消除给体与受体间的空间位阻,与刚性结构的受体形成了更为紧密的分子内堆叠结构,分子内堆积距离减小,共面取向增加,扩大和丰富了给体与受体间π-π相互作用的范围,同时有效抑制基态与激发态下的振动弛豫,进而促进减小斯托克斯位移和窄化发射光谱。

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最终,基于AC-BO小分子的OLEDs在所有深蓝色TSCT-TADF材料中实现了最佳性能,最大外部量子效率(EQEmax)为19.3%。同时,基于QAC-BO的OLEDs显示出15.8%的EQEmax,成为第一个高效超纯蓝光TSCT-TADF材料,其出色的CIE坐标(0.145,0.076),完全符合国家电视系统委员会定义的CIE(0.14,0.08)的蓝光要求。

文信息

Tuning Intramolecular Stacking of Rigid Heteroaromatic Compounds for High-Efficiency Deep-Blue Through-Space Charge-Transfer Emission

Zhennan Zhao, Cheng Zeng, Xiaomei Peng, Yuchao Liu, Haisong Zhao, Lei Hua, Shi-Jian Su, Shouke Yan, Zhongjie Ren

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202210864

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