“分子设计与主体选择协同优化”策略:溶液可加工的红光型热致延迟荧光材料体系实现了高达22.5%的外量子效率

有机发光二极管(OLED)是新一代平板显示和固态照明光源,是当前材料与信息科学交叉领域的重大研究方向之一。有机发光材料是发展OLED的重要物质基础,一直是OLED领域的重要研究方向。其中,热致延迟荧光(TADF)材料以其高激子利用率、低成本和不含贵重金属等优势获得学术界和产业界的广泛关注,被认为是最有发展潜力的第三代有机发光材料之一。近年来,可溶液加工的TADF材料因其在大面积、低成本OLED产品方面的巨大潜力,逐步成为有机发光材料的研究热点之一。目前,溶液加工型TADF材料获得了较好发展:在蓝光及绿光区域,其外量子效率(EQE)已超过20%;在橙光区域,其EQE也接近20%。然而,作为全色发光不可或缺的成分,红光TADF材料的发展明显滞后。目前为止,溶液加工型红光TADF材料的最高EQE仅能达到9.0%。因此,更高效的溶液加工型红光TADF材料体系亟待开发。

近期,武汉大学化学与分子科学学院杨楚罗教授、龚少龙副教授团队提出了一种“分子设计与主体选择协同优化”策略,在溶液加工型红光TADF材料研究方面取得了重大进展。该工作以1,8-萘二甲酰亚胺-吖啶结构为基本分子骨架,通过苯基拓展和叔丁基封端相结合的分子设计策略,构建了一系列溶液可加工的红光TADF材料,NAI_R1,NAI_R2和NAI_R3。这些材料均成功获得了红光发射,并兼具显著的TADF特性,较高的光致发光量子产率,优异的热稳定性,良好的溶解性和成膜性。将这些发光材料分别与结构相似但极性不同的两种主体材料mCP和mCPCN相结合,不同的主/客体组合方式不仅可以调节TADF材料的反向系间窜跃(RISC)性能,还能够控制TADF材料电荷转移单重态的辐射跃迁与非辐射跃迁速率之间的竞争。其中,NAI_R3:mCP体系为最优组合,获得了关键光物理性能参数的良好平衡,包括高达66%的光致发光量子产率,优势的辐射跃迁速率以及良好的RISC速率。基于最优组合NAI_R3:mCP体系的溶液加工型OLED获得了622 nm的电致发光峰值和高达22.5%的EQE,这是迄今为止报道的溶液加工型红光TADF材料的最高值。这一效率不仅远超此前已报道的溶液加工型红光TADF材料的最高值,而且可以与蒸镀型红光TADF材料的最高效率相媲美。这项工作为开发高效的溶液加工型TADF材料提供了一条有效途径。

相关工作发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201901404)上,武汉大学为第一完成单位,深圳大学为第二完成单位,论文的第一作者为武汉大学曾维轩博士和周韬硕士,论文的通讯作者为武汉大学龚少龙副教授和杨楚罗教授。