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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(ΔEST)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ΔEST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(ΔEST)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


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