王亚飞&马会利&Jun Yeob Lee AFM：高效可溶液加工的深蓝光“热激子”材料

【引言】

“热激子”材料可通过高能激发态(T_n)反向系间窜越(hrISC)导致三线态向单线态激子(S_n)的转化成为可能，是一种全新的突破25%激子统计限制的途径。这类材料从原理上解决了热活性延迟荧光(TADF)材料机理同时实现T₁→S₁激子高转化速率和S₁态激子高辐射速率自相冲突的难题，在构筑深蓝光发射材料上具有独特的优势。尽管目前有很多深蓝光“热激子”材料的报道，但其器件外量子效率较低(EQE_max< 10 %)。因此，发展新型高效的深蓝光“热激子”材料具有重要的科学研究意义。

【成果简介】

常州大学王亚飞教授与南京工业大学马会利副教授及韩国成均馆大学Jun Yeob Lee教授合作，以三(三唑)并三嗪(TTT)为受体，二苯胺衍生物(TPA-R，R为H，OMe和^tBu)为给体，制备了一类星型深蓝光“热激子”材料TTT-TPA-H、TTT-TPA-OMe和TTT-TPA-^tBu (图1)。分子中的TTT单元具有适中的吸电子能力和较大的平面刚性结构，可有效降低发光材料的非辐射跃迁；且分子具有适度的分子内电荷转移效应，可有效形成分子内杂化局域-电荷转移(HLCT)激发态，实现“热激子”过程。这类材料在溶液和固体中都呈现出强烈的深蓝光发射，其最大发射波长为420-470 nm，荧光量子效率为80-100%。研究人员进一步通过稳态瞬态光谱、溶剂化效应、瞬态电致发光和理论计算等手段确证了这类材料存在的“热激子”通道。以这类材料为发光层掺杂剂，制备溶液加工型电致发光器件，获得了深蓝光电致发光器件。其中，基于化合物TTT-TPA-H的EQE_max为10.54%，发射波长为426 nm，色坐标为(0.15, 0.05)。研究人员进一步以TTT-TPA-H为主体材料，以PO-01为客体材料，获得了EQE_max为20.2%的黄色电致发光器件。这项研究表明三(三唑)并三嗪单元可作为高效深蓝光“热激子”材料的构筑单元。

【图文解读】

图1. 分子结构、发光机理示意图及合成路线

图2. 甲苯溶液中的紫外吸收光谱 (a) 光致发光光谱(b) 及掺杂PMMA薄膜的光致发光光谱; (d-f):低温荧光和低温磷光光谱 (TTT-TPA-H (d) TTT-TPA-OMe and (e) TTT-TPA-^tBu (f)); (g): 掺杂PMMA薄膜的瞬态荧光光谱; (f): TTT-TPA-^tBu的Lippert–Mataga曲线图.

图3. a) 计算的能级示意图和自旋轨道耦合矩阵(x); b) S₁→S₀, S₁→S₃和T₄→S₀的自然跃迁轨道(NTOs)示意图.

图4. (a) 器件结构示意图; (b) EQE-电流密度 (inset: 电致发光光谱); (c) 电流密度-电压-亮度曲线; (d): 报道的热激子发光材料的EQE-CIE_y曲线 (三角形符合表示溶液加工型电致发光器件)

【文章信息】

该工作以“Deep Blue Emitter Based on Tris(triazolo)triazine Moiety with CIEy < 0.08 for Highly Efficient Solution-Processed Organic Light-Emitting DiodesviaMolecular Strategy of “Hot Excitons”为题发表在《Advanced Functional Materials》(https://doi.org/10.1002/adfm.202113183)上。常州大学研究生曾嵩坤为论文第一作者，常州大学王亚飞教授、南京工业大学马会利副教授和韩国成均馆大学Jun Yeob Lee教授为通讯作者。