新型热激活延迟荧光材料:喹唑啉衍生物

近年来,热激活延迟荧光(TADF)材料由于其可以实现100%的内量子效率,得到了广泛的关注。为了获得具有高效TADF特性的发光材料,最广泛分子设计策略是采用电子给体(D)与电子受体(A)之间具有较大扭转角的分子构型,以实现分子的最高占据轨道(HOMO)和最低未占据轨道(LUMO)的分离,从而获得较小的电荷转移单线态(1CT)和电荷转移三线态(3CT)能级差(ΔEST)。然而,在这种具有较大扭转角D-A分子中,如果3CT 和1CT两个电荷转移态之间的能量差大于1 meV,两个态之间的自旋耦合(SOC)被认为是禁止的,从而无法实现有效地反隙间窜越(RISC)过程(图1(a))。然而,当分子的局域三线态(3LE)与1CT近似时,可以增强3LE和1CT 之间的SOC作用(图1(c)),从而实现有效的RISC过程,并增强分子TADF特性。在目前已报道材料中,绝大部分三线态来源其给体(D)部分,通过减小其三线态(3LED)与1CT能级差,增强轨道的自旋耦合,实现器件的高效率。但是只有极少案例报道其三线态是来自于其受体部分(3LEA),同时,对于这一类TADF材料的设计原则及其机理研究仍不太清楚。同时,从D和A的选择多样性和可功能化上来看,可利用的A仍然及其稀少,开发新的简单的A仍势在必行。

图一:激发态能级示意图:(a)小的3CT-1CT能级差;(b)大的3LE-1CT能级差;(c)小的3LE-1CT能级差

图2:(a)分子结构;(b)动力学示意图;(c)OLED器件效率

近日,哈尔滨工业大学张勇教授课题组和华南理工大学苏仕健教授课题组合作以喹唑啉为受体,吩噁嗪为给体,构筑了四种新的纯有机小分子TADF发光材料。研究表明,四种分子具有极小3LEA-1CT能级差(09-0.22 eV),并通过3LEA和1CT之间的有效自旋轨道耦合(SOC),实现有效的RISC过程,从而使得这四种分子表现出明显的TADF特性。这四种分子的掺杂膜在空气中表现出高达67.5%-81.0%的荧光量子产率。以该类化合物作为发光客体的有机电致发光(OLED)器件显示出最大的电流效率为65.6cd/A;最大功率效率为64.4lm/W,最大外量子效率达20.5%。此外,由于喹唑啉的不对称性,它还可以比较简单地实现分子发光性质的调控,通过改变给体在喹唑啉上的连接位置,实现了从绿光到黄绿光的调控。这是目前已知第一个以喹唑啉为受体的TADF材料,也是目前喹唑啉基OLED材料器件性能最佳结果。该研究不仅是进一步拓展了喹唑啉的在TADF材料中的应用,同时也为探索简单的新型TADF材料提供了新方法。相关成果在线发表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201801496)上