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多重共振型热活化延迟荧光(MR-TADF)材料由于其刚性骨架及独特的短程电荷转移(SR-CT)特性,具有窄谱带发射和高发光效率等优势,在未来超高清有机电致发光(OLEDs)显示中表现出良好的应用前景,吸引了众多研究者的目光。然而,相比于传统给-受体(D-A)型TADF分子,MR-TADF材料较长的激发态寿命(通常为数十微秒以上)使得反向系间窜跃速率(kRISC)较为缓慢,导致发光器件在高亮度下效率发生急剧衰减,不利于MR-TADF材料的产业化应用。 为解决这一问题,将重原子引入到MR-TADF骨架中,增大自旋-轨道耦合(SOC)强度,提高RISC速率,是目前领域中普遍采用获得兼具高发光效率和较小效率滚降的电致发光器件的方法。但是重原子的引入不可避免地增加基态与激发态的结构弛豫,从而导致色纯度变差。鉴于此,吉林大学路萍教授团队提出“杂化长短轴”(Hybridized Long-Short Axis,HLSA)的分子设计策略,设计合成了三个MR-TADF材料Cz-CN-BN,TPA-CNBN和PTZ-CN-BN。其核心思想在于:将传统D-A型TADF分子引入到稠环骨架中硼原子的对位上,构筑交叉长短轴的分子结构。其中,位于短轴方向上的D-A结构可以引入长程电荷转移三重态(LR-CT)促进反向系间窜跃过程;同时长轴方向上MR-TADF骨架上的SR-CT特性仍可保留,从而实现兼具窄半峰宽、高效率和快速反向系间窜跃的电致发光材料。
理论计算结果显示,Cz-CN-BN,TPA-CNBN和PTZ-CN-BN中给、受体基团的引入显著地增加了高能三重态激发态的LR-CT特征,同时高能单、三重态间的SOC常数也呈现明显增大。与BCzBN分子骨架相比,Cz-CN-BN,TPA-CNBN和PTZ-CN-BN的RISC速率(kRISC:1.0–1.4 × 105 s-1)显著提高;而且三个分子的S1态仍保持SR-CT特性,实现高的发光效率(PLQY:~100%)与较窄的半峰宽(FWHM:21–26 nm)。 最终,基于TPA-CN-BN的器件实现了优异的电致发光性能,器件的半峰宽为31 nm,最大亮度为32132 cd/m2,最大外量子效率(EQE)为37.9%。器件表现出较低的效率滚降,在不依赖TADF/磷光敏化技术的情况下,器件在100 cd/m2和1000 cd/m2的亮度下仍然保持34.8%和21.8%的高EQE。该策略为设计兼具高效率、高色纯率、低滚降的MR-TADF材料及器件提供了新的思路。 论文信息 Precise Regulation of the Reverse Intersystem Crossing Pathway by Hybridized Long-Short Axis Strategy for High-Performance Multi-Resonance TADF Emitters Dr. Futong Liu, Dr. Zhuang Cheng, Dr. Wei Dong, Dr. Yan Yan, Dr. Yangze Xu, Dr. Zihan Su, Dr. Yin Hu, Dr. Liang Wan, Prof. Ping Lu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202416154

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