引入功能性给体与“多通道”效应促进热活化延迟荧光材料的反向系间窜跃过程

近年来在有机电致发光二极管（OLED）领域，热活化延迟荧光（TADF）材料由于其可以通过反向系间窜跃（RISC）过程利用三线态激子在理论上实现100%最大激子利用率的特性而受到广泛的关注。开发与研究具有快速RISC过程的TADF材料被视为实现高效而且具有低效率滚降的TADFOLED的关键。此外，利用具有高效RISC过程的TADF材料作为磷光材料的主体也被证明是可以有效降低磷光OLED滚降的策略。然而，对于基于常规分子设计策略而设计的TADF材料而言，RISC过程的速率常数往往比系间窜跃（ISC）过程的速率常数小2到3个数量级。由于在电致发光过程中，单线态与三线态激子之间的动态平衡是由ISC与RISC过程共同构建的，对于那些具有快的ISC过程以及相对慢的RISC过程的体系而言，抑制效率滚降事实上是难以实现的。因此，有必要提出一种新的分子设计策略以实现真正高效的RISC过程。

为此，苏仕健课题组近日提出了一种全新的TADF分子设计策略：将具有TADF特性的螺式分子作为功能性给体取代传统给-受体（D-A）型TADF分子中的给体单元，从而实现高效的RISC过程。螺式TADF分子ACRSA作为功能性给体单元被用于修饰经典TADF分子TRZ-p-ACR及其同分异构体TRZ-m-ACR。随着ACRSA单元的引入，新型TADF分子（TRZ-p-ACRSA和TRZ-m-ACRSA）相比原有分子展现出更蓝的光色，更利于实现高效辐射跃迁的高分子刚性以及更有利于实现RISC过程的小的单-三线态能级差（包括电荷转移单线态与电荷转移三线态以及局域激发三线态之间的能级差）。更重要的是，随着ACRSA单元的引入，研究者发现与证明了这些新型TADF分子中除了存在传统D-A型分子结构带来的分子内电荷转移态（ICT）跃迁之外，还存在额外的CT跃迁通道（包括ACRSA单元内部的ICT跃迁以及ACRSA单元与三苯基三嗪单元之间的空间电荷转移跃迁）。这些额外的跃迁通道提供了额外的电荷转移态与局域激发态，这些能量相近的激发态为RISC过程提供了“多通道”效应，共同促进了RISC的进行。TRZ-p-ACRSA和TRZ-m-ACRSA也因此获得了非常高的RISC速率常数（）以及相对低的ISC速率常数（）。基于TRZ-p-ACRSA的天蓝光TADFOLED器件获得了高达28%的最大外量子效率以及较小的效率滚降（分别在100与1000cd m^-2的亮度下获得了27.5%和22.1%的外量子效率）。以该系列新型TADF材料作为主体，黄色磷光材料PO-01作为客体的磷光器件获得了25.5%的最大外量子效率以及高达115lm W^-1的功率效率。该功率效率是目前基于单组分主体的黄色磷光器件中最高值。于此同时，磷光器件在100，1000以及10000cdm^-2的亮度下仍分别保持着25.2%，24.3%以及21.5%的外量子效率。

该工作与成果近日已发表在AdvancedFunctionalMaterials（Adv. Funct. Mater. 2019, 1808088）上，其中通讯作者为华南理工大学的苏仕健教授，第一作者博士研究生甘霖。相关工作得到了国家科技部，国家自然科学基金委员会，广东省科学技术厅以及博士后面上基金的资助。