上海科技大学任毅、北京大学孟鸿JACS:π 扩展氮杂膦的超共轭工程用于设计可调热活化延迟荧光发射体

文摘   2025-01-24 21:47   江西  

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原文链接:10.1021/jacs.4c15651

将杂原子植入有机π共轭分子(OCMS)为微调化学结构和光电特性提供了绝佳的机会。

近日,上海科技大学任毅、北京大学孟鸿团队描述了一类具有扩展σ−π超共轭的新型1,4氮杂膦家族。光物理研究表明,氮杂膦表现出窄带热活化延迟荧光(TADF)(半峰全宽:26−40纳米)。根据轨道局域化分析和自然键轨道分析,有效的σ*−π*超共轭被认为会诱导多重共振(MRTADF,这与BN系统中p−π共轭诱导的MR-TADF不同。尽管具有较大的ΔES1−T1s>3.0 ev),但研究表明σ*−π超共轭赋予系统有利于自旋振动电子辅助RISC的结构振动。由于具有可调的 p 中心(lpOSSe Me+),氮杂膦表现出可微调的 TADF。通常,具有强 σ*−π* 超共轭的氮杂膦表现出较小的 ΔES1−T1、高效的 RISC 和较高的 PLQY。利用高效的超共轭,系统的 TADF 发射范围从紫外蓝到绿。特别是,扩展的氮杂膦表现出较高的光致发光量子产率(在甲苯中为 74%,在 10% 掺杂的 PMMA 中为 92%)。作为概念验证,两种具有 PO 中心的氮杂膦被用作有机发光二极管中的发光材料。这些器件显示出窄带紫外和深蓝发射,EQE 高达 10.3%。本研究为我们提供了一种新策略,即σ-π超共轭诱导的MR-TADF,用于设计具有可调发光特性的OCMs相关研究成果发表于《J. Am. Chem. Soc.》上

图文解析

图表 1. (a) 先前的 B/CO-N TADF 分子和 (b) 当前研究中的新型功能化氮杂膦。

方案 1. 新型氮杂膦的合成。

1. 不含 OTf 2PO2PS2PSe2PMc3PO c3PM 的单晶结构(热椭球以 50% 的概率水平显示;为清楚起见,省略了氢原子)。

2. 甲苯中 (a) NPO(b) 2PO (c) 2FL 的吸收和发射,RT:室温。LT77 K(d) NPO 的瞬态发射衰减,插图:迅速荧光衰减。(e) S0 2PO 的轨道局域化分析。(f) S0 S1 P-超共轭的 E(2)(g) S1 NPO2PO 2FL FMO(h) S1 NPO2PO 2FL 的单线态和三线态能量图,S1 T n 之间的 SOC 值,可能的 ISC(ΔES1-T1s = ±0.3 eV)用青色标记。(通过 B3LYP-D3/6-311+G(d,p) 水平的 TD-DFT 计算,省略了 t Bu 基团以简化计算)。

3. (a) 氮杂膦在甲苯中的吸收和 (b, c) 发射光谱,插图 (b):放大光谱,插图 (c):光致发光图像。 (d) 氮杂膦在甲苯中的瞬态发射衰减光谱。 (e) 氮杂膦在 10% 掺杂 PMMA 薄膜中的发射光谱。 (f) 不同状态下氮杂膦的 PLQY

4. (a) 氮杂膦的 σ*−π* 超共轭 E(2)kcal·mol−1)、ΔES1−T1 RISC 速率常数。(b) 氮杂膦的 NBO 分析。(c) 氮杂膦的 σ*−π 超共轭 E(2)kcal·mol−1)、RMSD FWHM(d) S1 中氮杂膦的 NTO 轨道。(e) S1 中氮杂膦的 S1 Tn 能量图,插入:S1 Tn 之间的 SOC 值,可能的 ISCΔES1−T1s = ±0.3 eV)用青色标记。(通过 B3LYP-D3/6-311+G(d,p) 水平的 TD-DFT 计算,计算中省略了 t Bu 基团)。

5. (a−c) 计算得到的 S1 中代表性氮杂膦的振动分辨荧光光谱和 (d−h) Huang−Rhys 因子。(通过 TD-DFT B3LYP-D3/6-311+G(d,p) 水平上计算。插图:计算中省略了对 Huang−Rhys 因子贡献较大的振动模式和 c3POt Bu 基团的异构体结构)。

6. (a) 器件配置和所用材料的分子结构。(b) EL 光谱、(c) 电流密度-电压-亮度特性、(d) 外部量子效率和 (e) 基于 2PO c3PO 作为发光材料的 OLED 器件的电流效率。

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