港中大唐本忠院士,华南理工大学王志明、乔现锋CEJ:通过分步锁环策略在多芳基修饰的咪唑基杂环骨架中构建新型蓝光发光材料

文摘   2025-01-04 19:15   福建  

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原文链接:10.1016/j.cej.2024.159034

开发新型深蓝色有机发光材料是提升有机发光二极管(OLED)性能的一种非常有效的方法,而咪唑类杂环衍生物通常在电子和空穴的注入和传输过程中表现出相对均衡的电位。

近日,港中大唐本忠院士,华南理工大学王志明、乔现锋团队参考三苯胺(TPA)分步修饰锁环形成9-苯基咔唑(PCz)和吲哚[3,2,1-jk]咔唑(ICz)的策略,以1,2,4,5四苯基咪唑(TPI)为基础框架,与另一种对比化合物PPI一起,合成了两种新型耦合结构衍生物IPPPIP。这两种新型衍生物在溶液和薄膜中均表现出良好的蓝光发光性能和稳定的热性能,其在非掺杂器件中的电致发光峰均位于近紫外和深蓝区,表现出更好的外量子效率。其中,具有完全融合外围结构的PIP表现出CIE坐标(0.156,0.053),在非掺杂器件中实现了6.95%的最佳效率。对四种咪唑衍生物的综合光谱表征和理论计算表明,逐步锁环策略增强了分子刚性,从而导致发射光谱变窄并提高效率。然而,新的衍生物结构也可能引入额外的电荷转移(CT)状态,导致更宽的电子离域和增加的高频振动模式,从而产生有趣的新特性。这些发现强调了精确的锁环位置在控制电子配置中的关键作用,并为设计更高效的蓝光发光材料提供了宝贵的见解。相关研究成果发表于《Chemical Engineering Journal》上

图文解析

1. (a) 分子设计。(b) TPIPPIPIP IPP 优化的 S0 几何构型的单晶结构。(c) 二聚体的π-π堆积距离:TPIPPIPIP 的菲啶平面和 PIP 的菲烯平面。

2. (a) 室温下 10-5 M 甲苯中的紫外可见吸收和荧光光谱以及 77 K 下甲苯中的磷光光谱。(b) 室温下四种化合物的溶剂化变色 PL 光谱。

3. (a) TPIPPIIPPPIP的前线分子轨道分布。(b) TPIPPIIPPPIP的高能级激发态分布。

4. (a)四种发射体的理论计算RMSD结果。(b)TPIPPIIPPPIP的基态重组能以及基态与激发态之间的分子几何差异矢量。

5. (a) 器件结构和各层材料的能级图。(b) 10 mA cm−2 时的 EL 光谱。(c) 器件的外部量子效率-亮度特性。(d) 器件的亮度 (L)-电压 (V)-电流密度 (J) 曲线。(e) 非掺杂 PIP 的电流密度亮度曲线和 (f) 非掺杂 PIP 的瞬态 EL 衰减曲线。

6. (a) 10 mA cm−2 时的归一化 EL 光谱,(b) 外部量子效率-亮度曲线(插图:Ir(ppy)2(acac) Ir(MDQ)2(acac) 的化学结构),以及 (c) 器件 GR W 的电流效率-亮度-功率效率曲线。(d) 利用 PIP 作为主体的 PhOLED 的拟议机制。缩写:FRETFörster共振能量转移,DETDexter能量转移,lSC:系统间窜改;IC:内部转换;hRISC:高度反向系统间窜改;F:荧光;P:磷光。

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