带有巢型碳硼笼二苯基膦的Cu(I)配合物作为TADF材料：从分子水平解释发光机制及分子设计

有机电致发光二极管（OLED）凭借在照明和显示领域的广泛应用已经繁荣了数十年，但是获得更高的OLED效率依然是艰巨的挑战。完全收获单重态和三重态激子实现激子100%利用率通常有两个途径：借助过渡金属重原子的自旋轨道耦合（SOC）作用通过系间窜越（ISC）发射磷光的三重收获机制，以及通过有效热活化克服较小的S₁和T₁能隙（ΔE_ST）发射热活化延迟荧光（TADF）的单重收获机制。揭示高效率TADF发光分子明确的结构-性质关系和微观发光机制是一直不断努力的方向。具有指导意义的TADF材料设计原则是关键而充满挑战的。价廉、环境友好的Cu(I)配合物凭借较好的SOC和ΔE_ST平衡性成功吸引了OLED材料研究者的青睐。

近期，吉林大学邹陆一（点击查看介绍）团队通过对两个实验上带有相同7,8-双(二苯基膦)-7,8-二碳-巢型非十一碳硼酸（dppnc）不同N^N配体[dmbpy=6,6'-二甲基-2,2'-双吡啶（1），dmp=2,9-二甲基-1,10-菲咯啉（2）]的Cu(I)配合物的结构-TADF性质关系和发光机制进行了理论研究。发现分子2中两个吡啶基团间的融合苯环能够增强分子刚性进而带来：(i) 更高的S₁→S₀跃迁允许程度；(ii) 更有效的反系间窜越（RISC）；(iii) 更好的T₁态相对稳定性，这些因素也是该分子表现优秀的TADF性质的原因。因此，增大N^N配体π共轭可以被推断为进一步增加量子效率的策略。应用该策略在分子2的dmp配体基础上用吸电子性质的吡嗪基继续增强π共轭，成功设计了一个相似结构的分子4。受益于较小的S₁和T₁态能隙（ΔE_ST）和骤降的重组能，分子4的RISC速率 (1.05×10⁸ s^-1) 相对于分子2 (5.80×10⁶ s^-1) 升高了两个数量级，更好的平衡了RISC，荧光和磷光衰变的关系，表现出更优异的TADF性质。此外，分子4的热活化温度仅为165 K，预示着其较低的能垒。以上均能表明设计的分子4是潜在的性能优异的TADF候选者。

这一成果近期发表在Inorganic Chemistry 上，文章第一作者为吉林大学理论化学研究所何腾飞博士，邹陆一副教授为本文通讯作者。

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Molecular-Level Insight of Cu(I) Complexes with the 7,8-Bis(diphenylphosphino)-7,8-dicarba-nido-undecaborate Ligand as a Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitter: Luminescent Mechanism and Design Strategy.

Teng-Fei He, Ai-Min Ren, Yuan-Nan Chen, Xue-Li Hao, Lu Shen, Bo-Hua Zhang, Tong-Shun Wu, Hong-Xing Zhang, Lu-Yi Zou*

Inorg. Chem., 2020, DOI: 10.1021/acs.inorgchem.0c00980

导师介绍

邹陆一

https://www.x-mol.com/university/faculty/75842