Advanced Science:D-void-A结构实现稳定蓝光TADF材料

正文:尽管已经商业化,高效稳定的蓝光材料目前依然是有机发光二极管(OLED)的瓶颈。热活化延迟荧光材料为突破蓝光高效率和稳定性难题提供了一条途径。构筑TADF材料最常用的结构为给-受体(D-A)型,然而给体和受体之间的强的共轭效应导致发光带隙窄,难以实现蓝光发射。抑制给体和受体共轭的策略包括采用大位阻片段形成扭曲的D-A结构以及采用非共轭的σ基团桥连给-受体形成D-σ-A型结构。然而,扭曲结构导致材料化学键易断裂,器件稳定性差,而σ侨联空间上完全分离了前线轨道,振子强度小,不利于材料发光性能的提升。因而,现有蓝光设计策略难以兼顾蓝光材料效率和稳定性。

清华大学化学系张东东和合作者针对这一问题提出了一种D-void-A新结构,有望抑制给体和受体的共轭,同时兼顾材料稳定性,实现高效稳定蓝光TADF材料。据此开发了高效的蓝光TADF材料33PCX,以此为敏化剂敏化窄光谱染料v-DABNA,实现了蓝光OLED寿命的显著提升。

理论计算表明占吨酮受体3位碳原子(C3)上没有HOMO(最高占有轨道)和HOMO-1的分布,因此其C3为void(空)位。通过C3位置键连占吨酮受体和咔唑给体时,可抑制占吨酮HOMO参与共轭,而是由更深能级的HOMO-2与咔唑HOMO构成分子轨道。因此,该D-void-A结构更有利于形成宽带隙,同时避免了扭曲结构以及σ桥连的引入,保持了材料的高稳定性。据此开发的33PCX相比于C1和C2键连的D-A同分异构体(给体HOMO与受体HOMO共轭),不仅实现光色蓝移(甲苯溶液为440 nm),同时也提升了发光效率(PLQY~92%),反向系间窜跃速率为4.3×105 s-1。以33PCX为TADF染料的器件最大外量子效率(EQE)达到27.5%,CIE坐标为(0.156, 0.252)。作者进一步将33PCX作为TADF敏化剂,v-DABNA作为荧光染料,构筑了热活化敏化发光(TSF)器件。该器件最大EQE为20.6%,且在100 cd/m2的初始亮度下,LT95高达650 h,CIE坐标为(0.140, 0.195),是目前报道的蓝光OLED中最长寿命之一。

目前稳定的受体基团也是蓝光TADF材料所亟需的,该工作首次验证了占吨酮类衍生物的稳定性,为稳定蓝光材料提供了新的受体。同时,提出的D-void-A型分子设计策略可以扩展到其它基团,有望实现更高效、更稳定的蓝光材料体系。该工作清华大学化学系为第一单位,与京都大学Kaji教授团队合作完成,张东东助理研究员为论文第一作者和通讯作者(唯一)。

作者简介:

张东东,清华大学化学系助理研究员。主要研究方向为有机光电材料与器件,提出了热活化敏化发光新策略,发展了高性能的敏化剂及与之相匹配的窄光谱荧光染料,构筑了高效、稳定、高色纯度的全光色器件,多次刷新国际OLED的性能纪录。共发表第一或通讯作者论文57篇,包括Chem.;Nat. Commun.; Adv. Sci.; Adv. Mater.(11篇);Angew. Chem. Int. Ed.(7篇);Adv. Funct. Mater.(2篇);Light-Sci. Appl.;CCS Chem;等。论文引用3300余次,h因子31。

论文信息:

Highly Efficient and Stable Blue Organic Light-Emitting Diodes based on Thermally Activated Delayed Fluorophor with Donor-Void-Acceptor Motif

Dongdong Zhang*, Yoshimasa Wada, Qi Wang, Hengyi Dai, Tianjiao Fan, Guoyun Meng,

Jinbei Wei, Yuewei Zhang, Katsuaki Suzuki, Guomeng Li, Lian Duan, Hironori Kaji

Advanced Science

DOI: 10.1002/advs.202106018

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202106018