热激活延迟荧光 (TADF) 材料:PXZPDO,ACPDO和TPXZBM的分子设计策略

我们将热激活延迟荧光 (TADF) 的分子设计策略整合到 ESIPT 分子中,目的是提高它们的 ΦPL 和增加它们的荧光寿命。通过采用对称的 D-π-A-π-D 分子结构(其中 D 和 A 分别代表供体和受体)开发了两个概念验证分子 PXZPDO 和 ACPDO,其特征是供电子吩恶嗪或 9,9 -二甲基-9,10-二氢吖啶部分,一个 ESIPT 核心 β-二酮和亚苯基 π-桥。两种分子都表现出由分子内氢键稳定的唯一烯醇型形式,并表现出独特的动态 ESIPT 特性,该特性已通过瞬态吸收分析得到验证。

凭借独特的 TADF 特性,PXZPDO 和 ACPDO 在薄膜状态下显示出 68% 和 86% 的高 ΦPL,并具有显着的延迟荧光寿命,分别为 1.33 和 1.94 μs。

使用这些 ESIPT 发射器成功地实现了黄色和绿色有机发光二极管 (OLED) 的最大外部量子效率 (ηexts) 分别为 18.8% 和 23.9%,这代表了 ESIPT 发射器的器件性能。

这项研究不仅为设计具有高 ΦPL 和长固态荧光寿命的高效 ESIPT 发射器开辟了一条新途径。

我们报道了一种含有β-三酮电子受体核和苯并恶嗪作为电子给体(TPXZBM)的溶液处理有机发光二极管(OLED)的有机发射极。由此产生的分子是非常不寻常的,因为它显示了热激活的延迟荧光和分子内质子转移。我们将其性能与先前报道的二酮类似物PXZPDO进行了比较。

溶液处理的PXZPDO和TPXZBM OLED的外部量子效率分别为20.1%和12.7%。

热激活延迟荧光 (TADF) 材料:PXZPDO,ACPDO和TPXZBM的分子设计策略

上海金畔生物是国内的光电材料供应商,我们可以提供各种基础的热延迟荧光材料TADF材料,也提供TADF材料的定制合成。

TADF材料中间体

tCz-Br

TRZ-Br

tCz

Ph-tCz

o-PhCz-tCz

p-PhCz-tCz

3-PhCz-tCz

咔唑-膦氧分子3,6-二叔丁基-1,8-二(二苯基膦氧基)-9H-咔唑(3,6-di-tert-butyl-1,8-bis (diphenphosphoryl)-9H-carbazole,tBCzHDPO)

tBCzHSPO

tBCzHDPO

芳香膦氧主体材料DPEPO、DBFPPO和SFXSPO

tBCzMxPO

tBCzMSPO

tBCzMDPO

线性供体-桥-受体发光分子CMAs(CMA1,CMA2,CMA3,CMA4)

TADF-OLED材料

ING-T-DPP

芳香酰亚胺AI-Cz

芳香酰亚胺AI-TBCz  TADF材料

TADF蓝光材料B-oCz

TADF蓝光材料B-oTC

热激活延迟荧光 (TADF) 材料:PXZPDO,ACPDO和TPXZBM的分子设计策略

ESIPT型TADF分子PXZPDO和ACPDO,DMACPDO,PXZDMePDO,DMACDMePDO

利用β-二酮作为新型电子受体单元,将热激活延迟荧光(TADF)的发光机制引入ESIPT发光材料中,构筑了两种新型的ESIPT发光材料。通过在ESIPT发光材料中开辟TADF发光通道,他们有效地将TADF发光材料固态发光量子产率高、荧光寿命长和激子利用率高的特性融入到ESIPT发光材料中,有效弥补了传统ESIPT发光材料的不足之处。

发现ESIPT发光材料的动态质子转移特性能够有效提升TADF发光通道中三重态激子上转换到单重态能级这一关键步骤的效率,从而进一步提升材料的发光特性。他们还与云南大学吕正红教授团队合作,基于此类新型ESIPT发光材料构筑的黄光和绿光OLED分别获得了高达18.8%和23.9%的外量子效率(图1),这是迄今为止报道的基于ESIPT发光材料的最高值。这一发现为高效ESIPT发光材料的开发提供了全新的思路。


他们采用稳态和瞬态光物理以及飞秒和纳米瞬态吸收光谱测试了这些发光分子的光物理性能和激发态特性。

这些研究表明,烯醇式的发光分子PXZPDO和DMACPDO兼具ESIPT和TADF特性。与酮式对比分子相比,具有动态ESIPT特性的烯醇式发光分子获得了更优异的发光性能:更高的荧光量子产率和更快的RISC速率。这一结果表明,ESIPT过程对于这些分子的TADF发光特性具有一定的促进作用,与此前理论模拟的结果基本一致。

ESIPT型TADF分子PXZPDO和ACPDO,DMACPDO,PXZDMePDO,DMACDMePDO

图2. PXZPDO、DMACPDO、PXZDMePDO和DMACDMePDO的(a)化学结构、(b)高斯模拟优势构象、(c)HOMO/LUMO分布以及(d)PXZPDO和PXZDMePDO的单晶结构。

图片来源:J. Am. Chem. Soc.

ESIPT型TADF分子PXZPDO和ACPDO,DMACPDO,PXZDMePDO,DMACDMePDO

图3.(a)PXZPDO和(b)DMACPDO的激发态能级S1与T2以及S2与T1之间能级差随羟基氢位置变化的曲线。图片来源:J. Am. Chem. Soc.


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含三嗪基团TADF分子

蓝色TADF分子tCPT

Ph-tCPT  蓝色TADF分子

o-PhCz-tCPT  蓝色TADF分子

p-PhCz-tCPT  蓝色TADF分子

3-PhCz-tCPT  蓝色TADF分子

黄光TADF分子BP-PXZ

黄光tCz-BP-PXZ

黄光tCz-PhBP-PXZ

基于三嗪并三氮唑的热活化延迟荧光材料

pDTCz-3DPyS

pDTCz-2DPyS

bis-PXZTRZ

tri-PXZ-TRZ

ESIPT型TADF分子PXZPDO和ACPDO,DMACPDO,PXZDMePDO,DMACDMePDO

基于芴酮/9,9-二甲基-9,10-二氢吖啶的橙红光TADF异构体分子27ACFO和36ACFO

通过同分异构体的分子设计策略构建了两个基于芴酮/9,9-二甲基-9,10-二氢吖啶的橙红光TADF异构体分子27ACFO和36ACFO

27ACFO和36ACFO两个分子均表现出良好的热稳定性和成膜稳定性(Td:402和400 ℃,Tg:153和131 ℃)。光物理测试结果表明,27ACFO的AEST较大(0.38 eV)

27ACFO和36ACFO其TADF性质较弱,而36ACFO的△EST较小(0.13eV)、其TADF性质明显。

36ACFO的掺杂膜PLQY更高,达到了 31%。

基于36ACFO的OLED器件,在掺杂浓度为1.5wt%时表现比较佳,器件的PEmax、CEmax和EQEmax分别达到了 20.0 1m/W、24.2 cd/A和10.8%,处于橙红光TADF-OLED的较高水平。

基于芴酮/9,9-二甲基-9,10-二氢吖啶的橙红光TADF异构体分子27ACFO和36ACFO

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绿光TADF分子   

bis-PXZ-TRZ

tri-PXZ-TRZ

TB-3PXZ

TB-2PXZ

TB-1PXZ

PXZ-TRZ

DACT-II

红光TADF分子   

Da-CNBPz

Ac-CNBPz

Da-CNBQx

Ac-CNBQx

空间电荷转移型TADF分子(TSCT)

XPT

XCT

XtBuCT

B-OCz

B-OTC

Ac3TRZ3

TAc3TRZ3

TADF分子Cz-TRZ1-4

Cz-TRZ1

Cz-TRZ2

Cz-TRZ3

Cz-TRZ4