基于串联苯并噻二唑/氰基受体的D-A-A型近红外发光材料

近红外发光材料由于在远程通信、夜视、光学信号处理以及生物成像方面的巨大潜力,其发展吸引了越来越多科学研究者的关注。作为近红外光应用领域的一个重要分支,近红外有机发光二极管(NIR-OLED)的发展目前也备受瞩目。虽然NIR-OLED有很好的应用前景,但具有高荧光量子产率的近红外发光材料(发光波长 > 710 纳米)仍然相对较少。究其原因,主要在于超强吸电子基元在合成上的难度,因此,所以有必要在分子设计和合成策略进行新的优化。我们发现,目前,近红外OLED中的发光材料主要集中对称型的D-A-D或A-D-A结构(D:给体,A:受体)上。譬如,对于D-A-D这类分子结构,额外的供电子基元会在一定程度上削弱中间吸电子基元的能力,从而降低分子间的电荷转移作用,使得分子光谱发生部分蓝移。除了上述的对称的设计理念,基于其它设计理念的非对称结构的近红外发光材料的报道仍然相对较少。与完全对称的结构相比,非对称结构不仅在合成和结构上提供了更多的可能,同时在应用方面也可能会有更大的潜力。

图一: (a)传统D-A-D型和(b)D-A-A型的分子构建方式以及(c)MeTPA-BT-CN的分子结构

针对这一问题,苏州大学功能纳米与软物质研究院(FUNSOM)蒋佐权副教授与廖良生教授通过采用D-A-A型分子设计策略,以苯并噻二唑与氰基作为串联吸电子基元,这种设计不仅可以增强材料的吸电子能力,其刚性的结构同时可以保证目标材料的荧光量子产率。与预期相同,此材料在溶液下和薄膜下都展示出了较高的量子产率(>70%)。将此材料掺杂到商业化的热激发延迟荧光主体4CzIPN中,器件的外量子效率可以达到3.8%。并且,即使在非掺杂条件下,以此材料为发光层的有机发光二极管仍然可以达到3.1%且发光峰保持在710纳米左右。综上所述,该工作不仅开发了一种新型近红外发光材料且取得了较好的效率,更重要的是为今后开发近红外发光材料提出了一种设计思路,有望得到相关领域研究者的广泛关注。

图二:近红外OLED器件的电学性能(左)、外量子效率(右)以及发光光谱(内置)

该工作第一作者为博士生王亚坤同学,相关结果发表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201700566)。

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