TADF材料在光化学和有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode, OLED)研究中具有重要的意义,其在OLED的应用中突破了传统荧光分子材料的激子利用率的极限,大幅提高了OLED的量子效率,被誉为新一代电致发光材料。但是目前TADF体系所涉及的详细光物理过程和电子态仍不清楚,例如,对于TADF分子来说,3LE与CS态之间的相互转化的光物理过程仍缺乏直接的实验证据

通过与欧洲非线性光谱学实验室M. D. Donato教授和北京师范大学宛岩教授合作,利用飞秒和纳秒瞬态吸收光谱明确地证明了具有TADF特性的电子给体-受体二元体存在能级接近的1CS,3LE和3CS态;分子受光激发后,快速发生电荷分离产生1CS,随后发生SOCT-ISC(1CS → 3LE)过程,产生长寿命(15.4 ms)的3LE和3CS的混合态,该过程的时间常数为7.81 ns。与俄罗斯新西伯利亚州立大学M. V. Fedin教授合作,通过时间分辨电子顺磁共振波谱得到的瞬态顺磁物种的零场分裂(Zero Field Splitting, ZFS)D和E参数特征,直接证实了3LE态和3CS态处于强交换(即有效平衡)状态,这种平衡促进了反向系间窜越的进行。在中等极性和高极性溶剂中,由于溶剂化效应进一步稳定了1CS能级,打破了1CS,3LE和3CS之间的能级匹配,此时的3LE无法作为中间媒介促进反向系间窜越过程,3CS则以缓慢的电荷复合(142 ns – 675 ns)弛豫到基态,导致TADF性质的消失。在纳秒瞬态吸收光谱中,直接观察到了3CT态和3LE激发态。

Xue Zhang, Xiao Liu, Dr. Maria Taddei, Laura Bussotti, Ivan Kurganskii, Minjie Li, Dr. Xiao Jiang, Longjiang Xing, Prof. Shaomin Ji, Prof. Yanping Huo, Prof. Jianzhang Zhao, Prof. Mariangela Di Donato, Prof. Yan Wan, Prof. Zujin Zhao, Prof. Matvey V. Fedin
Chemistry – A European Journal
DOI: 10.1002/chem.202200510