三嗪并三氮唑新型受体的设计、合成及超敏荧光OLED器件研究

     超敏荧光有机发光二极管(TSF-OLED)在实现高效率、低效率滚降和良好色纯度方面显示出巨大的潜力。但是, 迄今为止, 优秀的TSF-OLED器件少有报道。近期, 四川大学游劲松团队在如何实现高性能TSF-OLED器件中取得了突破性进展, 提出了一种新型受体分子的设计策略, 通过构建三嗪并三氮唑(TAZTRZ)受体单元, 设计合成高效热活化延迟荧光(TADF)材料以获得高性能的TSF-OLED器件。该成果以“Triazolotriazine-basedthermally activated delayed fluorescence materials for highly efficientfluorescent organic light-emitting diodes (TSF-OLEDs)”在线发表于Science Bulletin。

      通过将三嗪(TRZ)和三氮唑(TAZ)稠合, 可以增强受体的吸电子能力, 从而减小TADF材料的单-三线态能隙(∆E_ST)。同时, 受体-苯桥的连接方式由六元环的TRZ-苯桥(6:6)连接转变为五元环TAZ-苯桥(5:6)连接, 可以在降低∆E_ST的同时, 一定程度补偿振子强度(f)的降低, 从而实现较小的∆E_ST与较高f之间的平衡。

图1  三嗪并三氮唑类TADF材料的设计策略

     游劲松教授团队一直致力于碳氢键活化领域的研究, 发展了“电子差异原则”和“螯合导向作用构筑稠杂环策略”, 该策略为构筑联杂芳基骨架以及稠杂环提供了高效高选择性的合成方法, 为有机功能材料分子的高效合成提供了重要途径。在该研究中, 他们巧妙利用了氧化环化和Dimroth重排反应, 高效构筑了一种新型三嗪并三氮唑受体并设计合成了一系列TADF材料。他们以三嗪并三氮唑为受体, 以二叔丁基咔唑作为给体, 得到一种高效黄光TADF材料(DACz-TAZTRZ), 其展现出较小的∆E_ST(0.03 eV)和较高的量子产率(86.1%)。图2. 三嗪并三氮唑类TADF材料的分子结构和合成路线
      DACz-TAZTRZ作为发光材料, 制备了高效黄光TADF-OLED器件, 其最大外量子效率(EQE_max)达到28.5%。此外, DACz-TAZTRZ也能敏化传统荧光材料从而突破荧光OLED器件EQE_max仅为5%的理论上限, 实现性能优异的TSF-OLED器件, 其启亮电压仅为2.1V, EQE_max高达23.7%, 并且展现出极小的效率滚降(EQE₁₀₀₀=23.2%; EQE₅₀₀₀=20.6%)和极高的功率效率(82.1 lm/W)。该研究将为新型TADF材料的设计和高效TSF-OLED器件的制备提供新的思路。

图3 TADF-OLED和TSF-OLED器件性能

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Rongchuan Su, Yuyao Zhao, Feng Yang, Lian Duan*, Jingbo Lan, Zhengyang Bin*, Jingsong You*. Triazolotriazine-based thermally activated delayed fluorescence materials forhighly efficient fluorescent organic light-emitting diodes (TSF-OLEDs). Science Bulletin, 2020, doi: 10.1016/j.scib.2020.08.023.

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