BN-STO和BN-XTO的发光量子效率不同的本质原因

0 1 引言  

本项目研究对象为两个多重共振型绿光有机电致发光小分子，利用MOMAP软件计算了它们气态下的黄昆因子，辐射以及非辐射跃迁速率，从理论的角度揭示了分子结构、振动模式与光致发光效率之间的关系。MOMAP软件基于第一性原理计算的结果（包括基态、激发态的平衡位形、振动频率和振动模式），在一阶微扰和费米黄金规则基础上同时考虑HerzbergTeller效应，在计算的分子吸收、荧光光谱、磷光光谱、辐射速率、内转换速率、系间窜越速率等方面有独到的优势。

有机电致发光（OLED）技术在全彩显示和照明等领域中具有十分重要的应用前景，自诞生以来，备受科研和产业领域的广泛关注。发展窄谱带高色纯度的发光材料对高色域显示极为重要。目前，具有RGB高色纯度的多重共振型（MR）OLED已经取得了较高的外量子效率（EQE），但是由于多重共振型热激活延迟荧光（TADF）材料普遍存在反向系间窜跃（RISC）速率较慢的问题，在没有额外敏化剂的辅助时，其器件往往存在较大的效率滚降问题，这对后续的实际应用十分不利。根据费米黄金法则，解决效率滚降的关键在于加快RISC过程，减小单三线态激子间的循环次数，促进三线态激子的快速转换。为了得到兼具高色纯度和高反向系间窜跃速率的发光材料，我们将含有重原子硒的基团外接在多重共振骨架上，通过重原子效应提升材料单三线态间的轨道耦合作用，促进RISC过程，以实现高色纯率低滚降的高效OLED器件构筑。

0 2 成果简介  

我们将吸电子基团硒吨酮和占吨酮分别连接在多重共振稠环骨架上，设计合成了两例纯绿光窄带发光材料BN-STO和BN-XTO。其中BN-STO含有重原子硒，BN-XTO不含重原子，作为对照化合物。由于重原子硒的引入，材料BN-STO具有更短的延迟荧光寿命和更高的延迟荧光比例以及更快的RISC过程。而且BN-STO具有较BN-XTO更高的PLQY，为了探究其原因，本文利用鸿之微MOMAP软件计算了两个材料气态下的黄昆因子，并分析了两个材料对应的振动形式。计算结果表明两个材料的黄昆因子都较小，其中BN-XTO略大，这源于占吨酮基团更大的扭转振动和旋转振动，这也是BN-STO的PLQY更高的主要原因。最后，我们基于BN-STO制备了高效率低滚降的纯绿光OLED。

0 3 图文导读  

图1 从左至右：分子结构，HOMO和LUMO轨道分布，自然跃迁轨道分布及其百分比，最低单线态（S1）能量

图2 黄昆因子和振动频率分析

图3  材料BN-STO和BN-XTO在甲苯溶液中的吸收、发射光谱（a）和DMIC-TRZ掺杂膜的发光衰减曲线（b）。

图4  材料BN-STO和BN-XTO的电致发光光谱和EQE曲线

0 4 小结  

为了阐明BN-STO和BN-XTO的发光量子效率不同的本质原因，揭示分子结构与光电性质之间的关系，本文利用鸿之微MOMAP软件计算了气态下的黄昆因子及分子振动情况。结果表明，BN-STO具有更小的黄昆因子，其分子中硒吨酮单元具有更弱的振动，因而具有更高的发光量子效率。进一步地，基于BN-STO的OLED器件具有更优异的器件性能。本研究的计算结果和实验现象非常地吻合，为设计高效率低滚降的窄带发光材料提供了很好的思路。

 　　

      审核编辑：彭静