BN-STO和BN-XTO的發(fā)光量子效率不同的本質原因

0 1引言

本項目研究對象為兩個多重共振型綠光有機電致發(fā)光小分子，利用MOMAP軟件計算了它們氣態(tài)下的黃昆因子，輻射以及非輻射躍遷速率，從理論的角度揭示了分子結構、振動模式與光致發(fā)光效率之間的關系。MOMAP軟件基于第一性原理計算的結果（包括基態(tài)、激發(fā)態(tài)的平衡位形、振動頻率和振動模式），在一階微擾和費米黃金規(guī)則基礎上同時考慮HerzbergTeller效應，在計算的分子吸收、熒光光譜、磷光光譜、輻射速率、內轉換速率、系間竄越速率等方面有獨到的優(yōu)勢。

有機電致發(fā)光（OLED）技術在全彩顯示和照明等領域中具有十分重要的應用前景，自誕生以來，備受科研和產業(yè)領域的廣泛關注。發(fā)展窄譜帶高色純度的發(fā)光材料對高色域顯示極為重要。目前，具有RGB高色純度的多重共振型（MR）OLED已經取得了較高的外量子效率（EQE），但是由于多重共振型熱激活延遲熒光（TADF）材料普遍存在反向系間竄躍（RISC）速率較慢的問題，在沒有額外敏化劑的輔助時，其器件往往存在較大的效率滾降問題，這對后續(xù)的實際應用十分不利。根據費米黃金法則，解決效率滾降的關鍵在于加快RISC過程，減小單三線態(tài)激子間的循環(huán)次數，促進三線態(tài)激子的快速轉換。為了得到兼具高色純度和高反向系間竄躍速率的發(fā)光材料，我們將含有重原子硒的基團外接在多重共振骨架上，通過重原子效應提升材料單三線態(tài)間的軌道耦合作用，促進RISC過程，以實現高色純率低滾降的高效OLED器件構筑。

0 2成果簡介

我們將吸電子基團硒噸酮和占噸酮分別連接在多重共振稠環(huán)骨架上，設計合成了兩例純綠光窄帶發(fā)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，作為對照化合物。由于重原子硒的引入，材料BN-STO具有更短的延遲熒光壽命和更高的延遲熒光比例以及更快的RISC過程。而且BN-STO具有較BN-XTO更高的PLQY，為了探究其原因，本文利用鴻之微MOMAP軟件計算了兩個材料氣態(tài)下的黃昆因子，并分析了兩個材料對應的振動形式。計算結果表明兩個材料的黃昆因子都較小，其中BN-XTO略大，這源于占噸酮基團更大的扭轉振動和旋轉振動，這也是BN-STO的PLQY更高的主要原因。最后，我們基于BN-STO制備了高效率低滾降的純綠光OLED。

0 3圖文導讀

圖1 從左至右：分子結構，HOMO和LUMO軌道分布，自然躍遷軌道分布及其百分比，最低單線態(tài)（S1）能量

圖2 黃昆因子和振動頻率分析

圖3 材料BN-STO和BN-XTO在甲苯溶液中的吸收、發(fā)射光譜（a）和DMIC-TRZ摻雜膜的發(fā)光衰減曲線（b）。

圖4 材料BN-STO和BN-XTO的電致發(fā)光光譜和EQE曲線

0 4小結

為了闡明BN-STO和BN-XTO的發(fā)光量子效率不同的本質原因，揭示分子結構與光電性質之間的關系，本文利用鴻之微MOMAP軟件計算了氣態(tài)下的黃昆因子及分子振動情況。結果表明，BN-STO具有更小的黃昆因子，其分子中硒噸酮單元具有更弱的振動，因而具有更高的發(fā)光量子效率。進一步地，基于BN-STO的OLED器件具有更優(yōu)異的器件性能。本研究的計算結果和實驗現象非常地吻合，為設計高效率低滾降的窄帶發(fā)光材料提供了很好的思路。