PXZ-FR-DRZ、DMAC-FR-DRZ和CZ-FR-DRZ三者不同光致发光效率的原因

0 1 引言  

对于OLED而言，发光层材料是决定其性能的关键因素，若要实现高效的电致发光，发光层材料必须要保证较高的光致发光效率。从本质上讲，实现较高的光致发光效率在于提高辐射跃迁速率或者降低非辐射跃迁速率，如何具体解释两者对有机分子电致发光效率产生影响的作用方式，对于激发态的调控具有重要指导意义。

  0 2 成果简介  

本工作对PXZ-FR-DRZ、DMAC-FR-DRZ和CZ-FR-DRZ三种分子的激发态构成做出分析，利用Gaussia、MOMAP软件模拟了三种分子的振动模式，同时计算了PXZ-FR-DRZ、DMAC-FR-DRZ和CZ-FR-DRZ相应的重组能，阐明了三者具有不同光致发光效率的原因。其中，PXZ-FR-DRZ和DMAC-FR-DRZ激发态中CT态组分较多，这意味着更低的辐射跃迁速率，同时，PXZ-FR-DRZ和DMAC-FR-DRZ具有更丰富的振动模式，这直接导致了PXZ-FR-DRZ和DMAC-FR-DRZ的总重组能居高不下，无疑大幅加剧了非辐射跃迁速率；相比之下，CZ-FR-DRZ的激发态中LE态组分较多，且振动模式较为简单，这既降低了非辐射跃迁的能量损失，又保证了较高的辐射跃迁能力，故而CZ-FR-DRZ获得更高的光致发光效率，并使基于CZ-FR-DRZ的OLED器件实现了良好的器件效率。

0 3 图文导读  

图3.1 PXZ-FR-DRZ、DMAC-FR-DRZ和CZ-FR-DRZ的化学结构

表3.1 PXZ-FR-DRZ、DMAC-FR-DRZ和CZ-FR-DRZ的掺杂薄膜与非掺薄膜的光物理参数

ᵃPXZ-FR-DRZ的即时荧光寿命; ᵇPXZ-FR-DRZ在脱氧情况下的延迟寿命。

根据表3.1中显示，CZ-FR-DRZ在掺杂薄膜和非掺杂薄膜中的光致发光效率都远远强于PXZ-FR-DRZ和DMAC-FR-DRZ，这和CZ-FR-DRZ中的CT组分较少，辐射跃迁速率较高有关。

图3.2 PXZ-FR-DRZ、DMAC-FR-DRZ和CZ-FR-DRZ重组能的计算结果和对于重组能贡献较大的几种振动模式

另一方面，我们通过鸿之微MOMAP计算了PXZ-FR-DRZ、DMAC-FR-DRZ和CZ-FR-DRZ的重组能，并且找到了他们对于总体重组能贡献较大的振动模式。根据图3.2所示，PXZ-FR-DRZ的主要振动模式为吩噁嗪的面外弯折振动（67.57 cm⁻¹）和9’9-二甲基芴与三嗪的弯折振动（1686.92 cm⁻¹），DMAC-FR-DRZ的主要振动模式为9,9-二甲基吖啶的面内伸缩振动（392.33 cm⁻¹和1090.86cm⁻¹）、9’9-二甲基芴和三嗪的面内伸缩振动（1698.13 cm⁻¹）和9,9-二甲基吖啶上甲基的碳氢键的伸缩振动（3086.85 cm⁻¹），相比之下，CZ-FR-DRZ的振动模式要相对简单，其振动主要由9’9-二甲基芴的面内弯折振动和伸缩振动（1720.25 cm⁻¹）所贡献。另外，PXZ-FR-DRZ、DMAC-FR-DRZ和CZ-FR-DRZ的重组能之和分别为4073.98 cm⁻¹、5298.18 cm⁻¹和2402.47 cm⁻¹，PXZ-FR-DRZ和DMAC-FR-DRZ的总重组能明显高于CZ-FR-DRZ，这也证明CZ-FR-DRZ的振动模式是三种分子中最为简单的。CZ-FR-DRZ较低的重组能主要可以归因于两点，首先CZ-FR-DRZ作为HLCT型激发态的分子，其内部的LE态组分要高于DMAC-FR-DRZ和PXZ-FR-DRZ，LE态的电子离域范围相对较小，天然具有低重组能的特性；其次CZ-FR-DRZ的电子给体咔唑具有刚性的结构，并不会产生过多的振动模式，而吩噁嗪会产生面外弯折振动，9,9-二甲基吖啶不仅具有面内的伸缩振动，还具有两个甲基的碳氢键的伸缩振动，进一步增大了DMAF-FR-DRZ的重组能。结合表3.1中的数据，我们可以认为，CZ-FR-DRZ在掺杂状态下能实现高于PXZ-FR-DRZ和DMAC-FR-DRZ的光致发光效率，主要归功于对振动模式的有效抑制，降低了CZ-FR-DRZ的总体重组能，减少了非辐射过程对能量的损耗。

0 4 小结  

本文利用鸿之微MOMAP软件，对PXZ-FR-DRZ、DMAC-FR-DRZ和CZ-FR-DRZ的重组能和振动模式进行了分析，指出了CZ-FR-DRZ具有更高光致发光效率的原因：即HLCT激发态的特性与CZ-FR-DRZ相对刚性的分子结构，在提升辐射跃迁能力的同时，抑制了非辐射跃迁速率，这为基于CZ-FR-DRZ的OLED器件实现高效的蓝光发射奠定了基础。　　

      审核编辑：彭静