王亞飛&馬會利&Jun Yeob Lee AFM：高效可溶液加工的深藍光“熱激子”材料

【引言】

“熱激子”材料可通過高能激發態(T_n)反向系間竄越(hrISC)導致三線態向單線態激子(S_n)的轉化成為可能，是一種全新的突破25%激子統計限制的途徑。這類材料從原理上解決了熱活性延遲熒光(TADF)材料機理同時實現T₁→S₁激子高轉化速率和S₁態激子高輻射速率自相沖突的難題，在構筑深藍光發射材料上具有獨特的優勢。盡管目前有很多深藍光“熱激子”材料的報道，但其器件外量子效率較低(EQE_max < 10 %)。因此，發展新型高效的深藍光“熱激子”材料具有重要的科學研究意義。

【成果簡介】

常州大學王亞飛教授與南京工業大學馬會利副教授及韓國成均館大學Jun Yeob Lee教授合作，以三(三唑)并三嗪(TTT)為受體，二苯胺衍生物(TPA-R，R為H，OMe和^tBu)為給體，制備了一類星型深藍光“熱激子”材料TTT-TPA-H、TTT-TPA-OMe和TTT-TPA-^tBu (圖1)。分子中的TTT單元具有適中的吸電子能力和較大的平面剛性結構，可有效降低發光材料的非輻射躍遷；且分子具有適度的分子內電荷轉移效應，可有效形成分子內雜化局域-電荷轉移(HLCT)激發態，實現“熱激子”過程。這類材料在溶液和固體中都呈現出強烈的深藍光發射，其最大發射波長為420-470 nm，熒光量子效率為80-100%。研究人員進一步通過穩態瞬態光譜、溶劑化效應、瞬態電致發光和理論計算等手段確證了這類材料存在的“熱激子”通道。以這類材料為發光層摻雜劑，制備溶液加工型電致發光器件，獲得了深藍光電致發光器件。其中，基于化合物TTT-TPA-H的EQE_max為10.54%，發射波長為426 nm，色坐標為(0.15, 0.05)。研究人員進一步以TTT-TPA-H為主體材料，以PO-01為客體材料，獲得了EQE_max為20.2%的黃色電致發光器件。這項研究表明三(三唑)并三嗪單元可作為高效深藍光“熱激子”材料的構筑單元。

【圖文解讀】

圖1. 分子結構、發光機理示意圖及合成路線

圖2. 甲苯溶液中的紫外吸收光譜 (a) 光致發光光譜(b) 及摻雜PMMA薄膜的光致發光光譜; (d-f):低溫熒光和低溫磷光光譜 (TTT-TPA-H (d) TTT-TPA-OMe and (e) TTT-TPA-^tBu (f)); (g): 摻雜PMMA薄膜的瞬態熒光光譜; (f): TTT-TPA-^tBu的Lippert–Mataga曲線圖.

圖3. a) 計算的能級示意圖和自旋軌道耦合矩陣(x); b) S₁→S₀, S₁→S₃和T₄→S₀的自然躍遷軌道(NTOs)示意圖.

圖4. (a) 器件結構示意圖; (b) EQE-電流密度 (inset: 電致發光光譜); (c) 電流密度-電壓-亮度曲線; (d): 報道的熱激子發光材料的EQE-CIE_y 曲線 (三角形符合表示溶液加工型電致發光器件)

【文章信息】

該工作以“Deep Blue Emitter Based on Tris(triazolo)triazine Moiety with CIEy < 0.08 for Highly Efficient Solution-Processed Organic Light-Emitting Diodes via Molecular Strategy of “Hot Excitons”為題發表在《Advanced Functional Materials》(https://doi.org/10.1002/adfm.202113183)上。常州大學研究生曾嵩坤為論文第一作者，常州大學王亞飛教授、南京工業大學馬會利副教授和韓國成均館大學Jun Yeob Lee教授為通訊作者。