Angew. Chem. ：具有聚集诱导发射和局域激发态特征的热活化延迟荧光激光

在传统的热活化延迟荧光（TADF）分子中，最高占据和最低未占据分子轨道（HOMO和LUMO）之间的空间分离导致最低单重激发态本质上是电荷转移（CT）态。这不但降低了发射跃迁的振子强度（f）而且牺牲了高固态光致发光量子产率（PLQY），从而限制了TADF分子在机固体激光器（OSSL）中的应用。而具有大的跃迁偶极矩的局域激发（LE）态可以带来较大的辐射速率和受激发射截面，但是往往难以实现TADF。因此，如何设计TADF激光材料还是一个巨大的挑战。

近日，首都师范大学付红兵教授、耿华副教授和南京邮电大学陈润锋教授合作开发了同时具有聚集诱导发射（AIE）和局域激发态特性的TADF材料-DCzBF₂，并实现了TADF激光。利用该分子从溶液中扭曲的分子内电荷转移（TICT）激发态转变为晶体中的LE态实现了聚集诱导发射（AIE）特性，固态PLQY接近50 %，同时4.48 微秒短的延迟荧光寿命减少了三线态激子的积累。最后借助自组装得到的微米线形成的法布里-佩罗（FP）微腔，成功实现了高性能TADF激光。

DCzBF₂由两个咔唑电子给体单元和一个二氟化硼电子受体单元组成，其晶体在紫外光照射下呈现出明亮的天蓝色发光。时间分辨光谱证实DCzBF₂晶体具有明显的延迟发射行为，其光致发光衰减曲线呈现双指数衰减，其中长寿命成分随着温度降低而减少，证实晶体具有TADF性质。

DCzBF₂显示出清晰的AIE特征。理论计算显示，在溶液中，分子呈现扭曲结构，S1态的空穴分布在咔唑单元上，而电子主要定位在二氟化硼单元上，表现出明显的TICT特性。相反，在晶体中，分子呈现出空穴和电子波函数之间具有良好重叠的LE态，获得了6.13德拜的跃迁偶极矩和f =0.8大的振子强度。

通过简便的溶液自组装方法制备了DCzBF₂单晶微米线。借助微米线的FP谐振腔，作者最终实现了465 nm的蓝色激光，阈值为3.74 μJ/cm²。更重要的是，激光阈值随着温度的降低而增加表明反系间窜越（RISC）过程获得的再生单重态激子有助于光放大，证实实现了TADF机制的激光。本研究工作为拓展新类型的TADF材料开辟了一条新途径，证实LE态TADF材料是激光增益材料的理想选择，为实现电驱动有机激光器提供了新思路。

论文信息

Organic Laser Based on Thermally Activated Delayed Fluorescence with Aggregation-Induced Emission and Local Excited State Characteristics

Shuai Li, Jingyao Chen, Yuling Wei, Jianbo De, Hua Geng, Qing Liao, Runfeng Chen and Hongbing Fu

文章的第一作者是博士研究生李帅。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202209211